南开大学教授孙云：薄膜电池技术发展历程及展望

在政策引导和市场推动下，我国光伏产业技术发展异常迅速，技术创新日新月异，新技术、新产品层出不穷。

为推动行业技术交流与合作，由中国光伏行业协会主办，Solarbe索比光伏网、智新研究院承办的中国国际光伏技术论坛于9月5—6日在杭州举办，邀请光伏行业技术专家、科研院校、光伏企业技术研究人员等参会，共同探讨产业链各环节相关技术发展情况。能见App直播开幕暨主旨论坛。

南开大学教授孙云受邀参加论坛并作主旨演讲，以下为发言全文。

孙云：感谢大会邀请我到这里来跟大家作一次交流。我今天谈一下薄膜太阳能电池，薄膜太阳能电池发展进入到困境，因为晶硅降价太快了，薄膜技术还没有真正的发展起来，现在相对来说遇到一些困境。

我主要跟大家讲一下薄膜太阳电池在我们国家的发展历程，为什么卡在这里？薄膜电池目前来说主要有这三种电池作为已经商品化，硅薄膜，铜铟镓硒，碲化镉三种电池。薄膜电池原材料丰富、无毒，无污染，工艺简单可靠。薄弱电池的特点是弱国响应好，抗辐射照能力强，可制成柔性，可以塑料和金属箔等廉价材料为衬底，低温制备，能耗低，大面积连续化生产，在一个车间就可以实现。

这三种电池与晶硅比较而言，技术成熟度打分来说，铜铟镓硒8分，碲化镉9分，其他的薄膜和晶体硅10分，这是他们目前的效率，有一个组件产线的平均效率，材料消耗能耗，铜铟镓硒比多晶硅转化效率都要高，两个微米厚的吸收层，它的效率比多晶硅还要高，达到23.4%，这是新的世界纪录。铜铟镓硒跟碲化镉不衰退，非常稳定。但是他有它的问题，碲化镉是使用重金属材料，铜铟镓硒对设备和工艺要求非常高，这是它存在的难点。

我们看到这几种薄膜电池，非晶硅和微晶硅太阳电池，铜铟镓硒达到1100-1200，它吸收光效率非常快，硅薄膜包括微晶硅和非晶硅和非晶硅锗。这是柔性电池的，Uni-Solar公司25MW，是三结，非晶硅折，叠成电池。

（PPT 图示）我们介绍薄膜电池起步是从上世纪70年代开始，当初我们国家非晶硅“六五”期间有攻坚，南开大学、中科院半导体所，北京有色金属研究院、中科大原则生院，北京大学、北京太阳能延缩所等单位开展研究。

国家“七五”攻关，国家科委投资1500万元，由北京有色金属研究总院，南开大学、中科院半导体所，山东大学，北京大学，兰州大学，四川大学，华中科技大学等等，南开大学研究出七室研究，填补我们国家的PECVD空白，当初研究之后，科技部的工业司的司长到我们来看，说我们中国也可以造这种设备，当初的影响力非常大。这是国家“七五”科技攻关项目被国家验收，半导体做冲击非晶硅电池效率突破11%效率，中科院上海硅所开发不锈钢带柔性非晶硅电池，华中科技大学开发研究a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结电池。南开大学发出分室连续沉积非晶硅电池组件试验线，向有色院转移技术。

这是由国家计委、国家科委、国家财政部联合颁发的科技攻关成果奖，七五攻关是全国11个单位的大协作，为我们国家培育一批的中坚力量和领军人物，孙钟林教授，聊显伯教授等，我们花70%的力量是研究核心设备，在核心设备需要大量的创新来实现科技进步，实际上，我们30%是用来电池，70%用于研发。

这是八五科技攻关，为了降低硅材料薄膜的SW效应，南开大学首次制备叠层组件效率6%。1992年达到7.2%，国家“八五”科技攻关有色院继续优化中试线，南开将400平方厘米叠层组件效率提升到8.2%。稳定效率为7.35%。哈尔滨科罗拉太阳能电力公司-1MW非晶硅太阳电池生产线。深圳宇廉太阳能电池公司-1MW非晶硅太阳电池生产线，深圳创益公司，深圳日月环公司，深圳恒阳通过公司盈利，产品均为：非晶硅小芯片，微电子产品提供的微功耗光电池。2000年，因美国SoLarex破产，日本三洋转为HIT电池，硅薄膜电池组件在市场由三分之一降低到7%，退出主流市场。

碲化镉薄膜太阳电池，碲化镉分子高温不分节，采用气相输运法和近空间升华法，一分钟即可完成大面积电池组件吸收层5-7um厚度的制备，在高度蒸汽碲化镉来喷涂，他可以在1分钟大面积的板子就可以出来，速度非常快，所以实现了高产量。 碲化镉把太阳电池降低到1美元以下，大家对碲化镉的疑虑没有这么严厉，欧洲的要求最严格，欧洲都可以允许他卖，安装在家里面的玻璃幕墙都是碲化镉，这是碲化镉的工艺。

大家要对薄膜电池有信心，碲化镉薄膜我们国家是川大做碲化镉薄弱，九五攻关开始做实验，十五863重点项目资助，开发建立了我国碲化镉薄膜太阳电池实验平台与中试线，我们说龙焱，龙焱这个企业非常有意义，完全是自主开发，完全是国产化，。

（PPT 图示）小面积CIGS薄膜太阳电池技术状况，这是产线的，最高达到15。实际上，铜铟镓硒为什么产业化发展得这么缓慢，而且它的瓶颈在哪里，实际上，76年已经发明，跟非晶硅和碲化镉都差不多的年代，但是非晶硅80年代实现了产业化，90年代的已经破产退出国际市场，铜铟镓硒现在为什么没有规模化？铜铟镓硒想要规模化必须要降低成本，他有多层结构，各种方法都有，但是最核心的是吸收层，吸收层元素配比于带隙梯度分析，黄铜矿多晶结构与表面贫结合。蒸发法制备CIGS薄膜，优点是薄膜材料晶相节好，应力小。溅射预制层后硒化法，（PPT 图示），他要在这个范围之内，因此相对来说要困难一些。（PPT 图示）制备工艺条件不同情况下，材料的抛面完全不同。

中国CIGS薄膜太阳电池的发展概况，南开大学1989年开始研究动薄弱电池，承担国家八五，九五科技攻关铜铟镓硒项目，培养大批人才，这是我们中国第一个开发的中试线。这是中科院深圳研究院研发的试验平台，目前的转化效率是21.3%，这是我们国家目前最高的转化效率，这是先进院也是有中试生产线，但是目前的效率不知道。这是神华集团北京低碳实验室，MBE制作铜铟镓硒这一层，这是清华大学与北京四方继护自动化公司5WM的效率。

从科学角度来看铜铟镓硒性能非常优良，铜铟镓硒有非常强的发电能力，黑的就是各种晶硅和碲化镉对比，它的发电能力最强，这是澳大利亚，红色是铜铟镓硒，蓝色是多晶硅。这是我们石林有晶硅建立在一起的电站，对比的数据是超过10%的发电量，为什么铜铟镓硒薄膜可以多发电呢？我们先从采暖来看，光谱吸收最好，光的吸收系数是最高的，它就可以做得很薄，橘黄色的铜铟镓硒的曲线比其他的几种电池的光谱响应都要宽，他在弱广下面有更好的发电效率，在温度下面铜铟镓硒比晶硅有更小的负温度系数，通过考核八年不衰减，体现出它的稳定性。你遮挡多少就损失多少。

另外，他还有一个梯度带隙结构，它的晶体是贯穿的，它的缺陷都是在边界晶界上面体重，它的缺陷非常少，他是一个梯度带隙，这些都是它的优点，我们看到跟晶硅相比，工艺简单很多，耗能晶硅超过CIGS，来几个高温过程，低温过程，清洁过程等等，针对这些工艺来说铜铟镓硒更好。

但是铜铟镓硒制约的铜铟镓硒的产线发展的核心设备，这是铜铟镓硒薄弱电池的示意图，（PPT 图示）突破这个设备设备我们当初荒废的设备，我们可以把非晶硅薄弱线路改造，这是四两拨千斤的做法，我可以变成铜铟镓硒。

我们做的测算，整个电站是8元/瓦的时候，最近找人算，实际收益率4元/瓦，现在的收益率很不好，铜铟镓硒已经失去了最佳的时机，这么多年铜铟镓硒停在这里没有进行发展，我们还是有希望来进行弥补，你只是没有给我机会，没有给我钱，我把技术的成熟度提高，我把规模化生产，我利用规模化生产我可以超越非晶硅的盈利。以突破核心设备入手实现核心技术本土化、并达成成熟，解决柔性薄膜电池封装材料这一成本瓶颈。

谢谢大家。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）