科学家发明出制造低成本CIGS太阳能电池的新技术

尽管目前业界的太阳能板仍以结晶硅材料占主导的地位，其它材料的制造成本相对而言仍嫌贵了些。新进的厂商希望吸收能量的材料能被铜铟镓硒 (Copper Indium Gallium Sselenide，简称CIGS)或其相关的材料所取代，铜铟镓硒电池具有高转换效率的潜力，可以实现低成本的制造，相比硅基太阳能电池，仅需使用少量的原材料。不幸的是，到目前为止大量商业化的生产铜铟镓硒电池确实是一件困难的事。最近，加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles，简称UCLA) Henry Samueli工程和应用科学学院的研究团队，发展出低成本的制造方法，解决铜铟镓硒电池制作的问题。这项新的研究发表于固体薄膜(Thin Solid Films)七月号期刊，材料科学与工程系(Department of Materials Science and Engineering)的杨阳(Yang Yang)教授以及其研究团队利用低成本的方法，展现铜铟镓二硒(copper-indium- diselenide)太阳能电池可以大量生产的潜力。

一位由杨教授团队毕业的学生侯威廉(William Hou)同时也是此篇期刊的首位作者提到"铜铟镓硒系列的材料可以获得很高的转换效率，目前已有效率20%左右的电池，但是其制造成本是很贵的。最终，产品的制造成本将使得它很难与现有的电价作竞争，然而，透过我们最近发展的制程，将可保有相同的效率，其制造成本却是相对低很多。" 由杨教授团队实验室制备的铜铟镓二硒薄膜电池在很短的时间内由7.5%提升至9.3%。杨教授同时也是加州纳米系统研究所(California NanoSystems Institute)的成员，他提到"我们16个月前展开这个研究，初期的3~4个月我们只能获得1%，如今已超过9%。"目前大部分的铜铟镓硒电池都是利用真空蒸镀的方式生产的，一般称为共蒸镀(co-evaporation)，制程不仅昂贵而且费时，将主要的材料-铜铟镓与硒加热在真空中沉积于基板，当然利用这种方法要得到大面积且均匀的铜铟镓硒膜是有一定的挑战。

杨教授团队的铜铟镓二硒材料并不利用真空蒸镀的方式来制备，而是将材料简单的溶于溶液之中，透过烘烤而成。他们利用联氨(hydrazine)当作溶剂去溶解硫化铜(copper sulfide)与硒化铟(indium selenide)然后形成铟镓硒材料。在太阳能电池中的吸收层(可以是铜铟镓二硒或是铜铟镓硒系列)是影响效率最重要的关键而且不易控制，而杨教授的铜铟镓二硒材料以溶液的状态存在，则可以很容易的涂布或是附着于基板表面并烘烤。侯提到"利用我们的方法，其中的优势之一在于材料的利用，另外则是材料以溶液的状态存在，有利于使用连续式的卷对卷(roll-to-roll)制程生产，这些都是降低成本重要的因素。"

这个团队的目标在于将电池的效率达到15~20%。杨教授预言三到四年将可量产。"我们持续将电池的效率提升，同时找寻与工业界合作的机会，来开发这项技术，希望它可以在美国产生一家绿色能源的公司，特别是加州这里，可以带来新的就业机会。

这项研究是由美国国家科学基金会(NSF)的研究生整合型教育与研究训练奖学金(Integrative Graduate Education and Research Traineeship)-材料创造训练计划(Materials Creation Training Program)所资助