南開(kāi)大學(xué)光電子所 ■ 趙穎侯國(guó)付 張曉丹

“十二五”期間我國(guó)太陽(yáng)電池研究進(jìn)展

南開(kāi)大學(xué)光電子所 ■ 趙穎*侯國(guó)付 張曉丹

0　引言

國(guó)家科技部2012年4月24日正式印發(fā)《太陽(yáng)能發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，2011～2015年共部署了14個(gè)項(xiàng)目總計(jì)81個(gè)課題，覆蓋了《太陽(yáng)能專項(xiàng)》所規(guī)劃的科技任務(wù)。通過(guò)“973計(jì)劃”還重點(diǎn)支持了有機(jī)太陽(yáng)電池、寬光譜高效薄膜太陽(yáng)電池和鈣鈦礦型太陽(yáng)電池。此外，能源局、基金委和工信部等部門也對(duì)太陽(yáng)電池給予了大力支持。通過(guò)“十二五”期間的集中攻關(guān)，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)水平全面提升，各種太陽(yáng)電池都取得了快速進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了總體規(guī)劃目標(biāo)。

1　晶體硅太陽(yáng)電池的研究進(jìn)展

“十二五”期間，科技部依托英利集團(tuán)建立“光伏材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，依托天合光能建立“光伏科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，啟動(dòng)了支持我國(guó)高效率晶體硅太陽(yáng)電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的“973計(jì)劃”和“863計(jì)劃”，使我國(guó)的高效晶體硅太陽(yáng)電池技術(shù)得到了極大的推動(dòng)和發(fā)展，在工業(yè)化生產(chǎn)晶體硅太陽(yáng)電池的研發(fā)方面走到了世界前列。

1.1PERC太陽(yáng)電池

PERC電池采用鈍化膜鈍化背面，取代常規(guī)電池的全Al背場(chǎng)，從而大幅降低了背面的復(fù)合速率。天合光能在單晶硅和多晶硅電池均實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)化的PERC電池技術(shù)，p型多晶硅Honey Plus和單晶硅Honey M Plus的量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率分別為18.7％和20.4％。2015年12月，天合光能采用PERC雙面鈍化技術(shù)的p型單晶硅電池光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到22.13％（156×156 mm2），刷新全球大面積PERC電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。晶澳實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的p型單晶PERC電池（PERCIUM，博秀系列）平均光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.4％。中電電氣采用Al2O3/SiNx背面鈍化、離子注入、納秒或皮秒激光開(kāi)孔燒結(jié)、背面局部金屬化等先進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)p型單晶硅 PERC電池量產(chǎn)的平均效率超過(guò)20.2％，實(shí)驗(yàn)室最高效率20.8％。尚德電力的PERC電池平均轉(zhuǎn)換效率量產(chǎn)達(dá)20.5％。

1.2薄膜硅/晶體硅高效異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池（HIT）

薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)電池工藝具有器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作工藝簡(jiǎn)單、耗能低等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)實(shí)施“863計(jì)劃”MW級(jí)薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，天合光能與上海微系統(tǒng)研究所合作，天合光能的光伏科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)異質(zhì)結(jié)電池各項(xiàng)工藝的優(yōu)化和整合，研發(fā)的HIT太陽(yáng)電池經(jīng)過(guò)日本JET第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)測(cè)試，基于硅片全面積的電池最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到22％（125×125 mm2）和21.3％（156×156mm2），中試線平均轉(zhuǎn)換效率接近21％。協(xié)鑫集成通過(guò)“863計(jì)劃”的支持也獲得了超過(guò)20％ 的HIT異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。漢能在厚度約100 μm的硅片上，得到了轉(zhuǎn)換效率為 20.44％的可彎曲HIT電池。賽昂電力的隧道效應(yīng)異質(zhì)結(jié)型高效太陽(yáng)電池大幅提高了轉(zhuǎn)換效率和實(shí)際工況下發(fā)電能力等特性，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率為22.1％，量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率為21.4％。

1.3背電極接觸（IBC）太陽(yáng)電池

IBC電池受光面無(wú)電極，正負(fù)兩極金屬柵線呈指狀交叉排列于電池背面，因此具有更高的短路電流，是目前實(shí)現(xiàn)高效晶體硅電池的技術(shù)方向之一。2013年，海潤(rùn)光伏報(bào)道了其研發(fā)的IBC電池效率達(dá)到19.6％。2012年，天合光能承擔(dān)國(guó)家“863計(jì)劃”效率20％以上低成本晶體硅電池產(chǎn)業(yè)化成套關(guān)鍵技術(shù)研究及示范生產(chǎn)線；經(jīng)過(guò)科研人員的不懈努力，2014年，澳大利亞國(guó)立大學(xué)與常州天合光能有限公司合作研發(fā)的小面積IBC電池效率達(dá)24.4％，創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)IBC結(jié)構(gòu)電池效率的世界紀(jì)錄；同年，由常州天合光能光伏科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立研發(fā)的6英寸大面積IBC電池效率已達(dá)22.9％，成為6英寸IBC電池的最高轉(zhuǎn)換效率；2015年天合光能在工業(yè)級(jí)6英寸晶體硅電池中試生產(chǎn)線做出了平均大于22％、最高23.4％（內(nèi)部測(cè)試）的結(jié)果（SunPower電池為5英寸）。

1.4PANDA太陽(yáng)電池

PANDA電池是n型單晶硅雙面發(fā)電高效率、低成本太陽(yáng)電池的典型代表，具有幾大技術(shù)優(yōu)勢(shì)：領(lǐng)先的光電轉(zhuǎn)化效率；初始光衰減幾乎為零；優(yōu)異的高溫特性，溫度系數(shù)比傳統(tǒng)組件低6％～9％，尤其適用于高溫地區(qū)；優(yōu)異的弱光特性；獨(dú)特的雙面發(fā)電功能。2015年英利使用n型CZ-Si片、硅片面積為239 cm2的PANDA電池效率達(dá)到了21.1％，大規(guī)模生產(chǎn)效率為20.5％。

1.5n-PERT雙面太陽(yáng)電池

鈍化發(fā)射極背表面全擴(kuò)散（PERT）電池是一種典型的以n型硅片制造的雙面電池。2015年航天機(jī)電在日本國(guó)際光伏會(huì)展PV EXPO期間全球首發(fā)的Milky Way“銀河”產(chǎn)品，也是基于自主研發(fā)的n型高效PERT電池技術(shù)（改進(jìn)型的PERT雙面電池），經(jīng)新加坡SERIS確認(rèn)，平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)20.8％，最高超過(guò)21％。

2　薄膜太陽(yáng)電池的研究進(jìn)展

2.1硅基薄膜太陽(yáng)電池進(jìn)展

2.1.1小面積硅薄膜太陽(yáng)電池

在“863計(jì)劃”支持下，南開(kāi)大學(xué)采用MOCVD技術(shù)在玻璃襯底上制備絨面摻硼ZnO，研制出高電導(dǎo)率、寬帶隙的p型納米硅氧窗口層，采用低激活能和較低缺陷態(tài)密度的本征非晶硅氧材料作為緩沖層，引入氫等離子體處理方法，單結(jié)非晶硅電池效率進(jìn)一步提高至11.3％。與微晶硅底電池相結(jié)合，并通過(guò)調(diào)節(jié)n型微晶硅氧中間反射層的厚度，獲得了效率達(dá)到13.65％的非晶硅/微晶硅疊層電池。

在“973計(jì)劃”支持下，南開(kāi)大學(xué)采用濺射后腐蝕的摻鋁ZnO作為襯底，采用p-nano-SiC：H接觸層及寬帶隙i-a-SiC：H緩沖層，使pin型單結(jié)非晶硅電池的Voc提高到1.01 V；n-μc-SiOx：H既可以提高電池長(zhǎng)波段的量子效率，又可以通過(guò)控制縱橫電導(dǎo)來(lái)降低太陽(yáng)電池漏電流，從而顯著提高電池的填充因子，最終pin型單結(jié)非晶硅鍺太陽(yáng)電池效率達(dá)到11.45％。對(duì)于單結(jié)微晶硅電池，獲得較佳的光吸收橫縱向特征尺寸，對(duì)本征層采用氫稀釋梯度設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整本征層材料縱向微結(jié)構(gòu)，采用n型微晶硅氧材料作為摻雜層來(lái)降低電池的漏電流，在i/n界面插入a-Si：H緩沖層降低了界面復(fù)合，最終，單結(jié)微晶硅電池效率達(dá)到10.59％。通過(guò)在中/底子電池插入n-μc-SiOx：H中間反射層，并進(jìn)行光譜重分配以實(shí)現(xiàn)更佳的電流匹配，并設(shè)計(jì)出了低電學(xué)損失的隧穿復(fù)合結(jié)結(jié)構(gòu)，最終獲得了初始效率達(dá)16.07％的a-Si：H/a-SiGe：H/μc-Si：H三結(jié)疊層電池。

南開(kāi)大學(xué)與上?？臻g電源研究所合作承擔(dān)“863計(jì)劃”，南開(kāi)大學(xué)不銹鋼柔性襯底單結(jié)a-Si：H電池效率達(dá)10.8％，單結(jié)a-SiGe：H電池的效率達(dá)到10.15％，a-Si：H/a-SiGe：H/a-SiGe：H三結(jié)疊層電池的效率達(dá)到13.39％；上?？臻g電源研究所35 cm×59 cm電池組件效率達(dá)到8.3％，中試線產(chǎn)能1 MW。

2.1.2硅基薄膜太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)

在“863計(jì)劃”支持下，正泰太陽(yáng)能在TCO優(yōu)化、新型氧化物摻雜層的引入、弱光效應(yīng)、溫度系數(shù)改善等方面取得顯著進(jìn)步，使正泰太陽(yáng)能量產(chǎn)非晶硅/微晶硅疊層電池的穩(wěn)定全面積效率超過(guò)10％。在“十二五”“863計(jì)劃”的支持下，四川漢能科技有限公司在規(guī)?；璞∧ぬ?yáng)電池生產(chǎn)線上生產(chǎn)的非晶硅/微晶硅疊層光伏組件穩(wěn)定效率超過(guò)了10％（認(rèn)證效率）。

2.2CIGS薄膜電池技術(shù)進(jìn)展

2.2.1小面積太陽(yáng)電池研究

在小面積CIGS電池方面，神華集團(tuán)北京低碳清潔能源研究所、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、清華大學(xué)材料學(xué)院和河北大學(xué)省光電信息材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室都做出了出色的工作。中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院通過(guò)調(diào)整三步法工藝中Ga的空間梯度分布，優(yōu)化CIGS結(jié)晶質(zhì)量，抑制晶體內(nèi)部缺陷及界面缺陷，成功將玻璃基底的CIGS薄膜太陽(yáng)電池器件效率提高到20.18％（Voc=700 mV，F(xiàn)F=79％，Jsc=36.5 mV/ cm2）。中國(guó)電子科技集團(tuán)第十八研究所引進(jìn)國(guó)外進(jìn)口的卷對(duì)卷物理氣相沉積系統(tǒng)，制備2.64 cm2全面積PI襯底柔性CIGS薄膜太陽(yáng)電池效率達(dá)到11％，PI襯底100 cm2柔性CIGS薄膜電池組件效率超過(guò)8％。

2.2.2CIGS的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

漢能在廣東河源引進(jìn)了Miasole的生產(chǎn)線，并于2015年完成了工藝調(diào)試。同年5月，臺(tái)積電在臺(tái)中采用濺射后硒化工藝方法成功生產(chǎn)出商用規(guī)格（面積1.09 m2）的CIGS組件，創(chuàng)造了產(chǎn)線大面積組件轉(zhuǎn)換效率16.5％的世界紀(jì)錄，并通過(guò)了TüV SüD的認(rèn)證。中國(guó)建材蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院于2014年收購(gòu)了德國(guó)CIGS組件制造商Avancis；2015年9月，中建材凱勝科技集團(tuán)公司1.5 GW銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池項(xiàng)目在安徽蚌埠開(kāi)工建設(shè)。

2.2.3銅鋅錫硫/硒薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)進(jìn)展

南開(kāi)大學(xué)采用濺射后硒化法制備銅鋅錫硒（CZTSe）材料，研究了不同成分對(duì)材料及器件結(jié)構(gòu)和性能的影響，在無(wú)減反膜的情況下，CZTSe電池效率達(dá)10.4％。此外，采用脈沖電沉積Cu/ Sn/Zn疊層金屬預(yù)制層，對(duì)金屬預(yù)制層的形貌和雜質(zhì)得到了有效控制，通過(guò)后續(xù)Se+SnSe氣氛熱處理獲得較高質(zhì)量的CZTSe薄膜，轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.62％（由信息產(chǎn)業(yè)化學(xué)物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心認(rèn)證）。

2.3國(guó)內(nèi)碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池的發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)主要有3個(gè)單位進(jìn)行小面積碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池方面的研究：中科院電工所采用的技術(shù)路線是濺射，最高效率為13.3％；中國(guó)科技大學(xué)主要采用近空間升華法，最高效率為14.7％；四川大學(xué)采用的主要技術(shù)路線先為近空間升華技術(shù)，后又發(fā)展了蒸汽輸運(yùn)技術(shù)，研究了新型復(fù)合窗口層結(jié)構(gòu)對(duì)電池光子吸收和收集的影響，以及多種背接觸材料和退火工藝對(duì)電池性能的影響，最高效率達(dá)到16.28％。

產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面，通過(guò)2015年對(duì)設(shè)備、工藝和管理的繼續(xù)優(yōu)化，龍焱自主開(kāi)發(fā)的30 MW碲化鎘薄膜光伏組件生產(chǎn)線已實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)5天5夜穩(wěn)定量產(chǎn)的目標(biāo)，組件輸出功率超過(guò)87 W。2015年，龍焱作為主要承擔(dān)單位與中科院電工所、廣東先導(dǎo)稀材公司一起承擔(dān)了國(guó)家“十二五”“863計(jì)劃”有關(guān)碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的項(xiàng)目，并已完成了第一年的研究目標(biāo)：小面積電池效率超過(guò)15％，0.72 m2組件平均效率超過(guò)12.3％。

3　新型太陽(yáng)電池研究進(jìn)展

除了上述主流太陽(yáng)電池外，科技部通過(guò)“863計(jì)劃”新型太陽(yáng)電池中試及前沿技術(shù)研究對(duì)新型光伏材料與器件進(jìn)行了支持，共包括28個(gè)課題，取得良好效果。

3.1鈣鈦礦太陽(yáng)電池

復(fù)旦大學(xué)利用NH4Cl有效地促進(jìn)形成均勻的鈣鈦礦薄膜，效率達(dá)到9.32％。河北大學(xué)利用改進(jìn)的蒸汽輔助溶液加工法，生成大晶粒鈣鈦礦薄膜，效率達(dá)到14.01％。青島生物能源與過(guò)程研究所利用甲胺蒸汽誘導(dǎo)缺陷生長(zhǎng)法制備出均一的鈣鈦礦薄膜，器件的效率達(dá)到15.1％。上海交通大學(xué)通過(guò)可調(diào)控的添加劑方法實(shí)現(xiàn)前體膜的預(yù)膨脹，從而有效調(diào)控了鈣鈦礦結(jié)晶的顆粒大小和形貌，制備的平面型鈣鈦礦電池的效率可以提高到17％以上。陜西師范大學(xué)/大連化物所團(tuán)隊(duì)通過(guò)磁控濺射在低溫制備了高致密TiO2薄膜，基于此電子傳輸層的柔性電池效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)之前世界紀(jì)錄，達(dá)到15.07％，剛性平面電池的效率達(dá)到19.4％。武漢大學(xué)采用溶液法在較低溫度下制備的SnO2電子傳輸層，效率達(dá)到17.21％。韓禮元教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)TiO2進(jìn)行重?fù)诫sNb，提高電子傳輸層的導(dǎo)電性及電子遷移率，制備了大面積鈣鈦礦電池，認(rèn)證效率達(dá)到15％，且光照1000 h保持良好的穩(wěn)定性，衰減在10％以內(nèi)。廈門大學(xué)用具有較強(qiáng)的疏水性六苯并蒄衍生物作為空穴傳輸材料，器件的穩(wěn)定性得到了一定的提升，通過(guò)摻雜石墨烯，效率達(dá)到14％。清華大學(xué)利用氧化石墨烯作為空穴傳輸層，將其摻雜在spiro-OMeTAD中，使效率進(jìn)一步提升到13.33％。中國(guó)科學(xué)院物理研究所利用石墨炔對(duì)P3HT空穴傳輸材料進(jìn)行摻雜，發(fā)現(xiàn)較強(qiáng)的光散射性質(zhì)，增加了長(zhǎng)波范圍的光吸收，效率達(dá)到14.58％。

另外，華中科技大學(xué)對(duì)可印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)電池開(kāi)展了全面的優(yōu)化工作，進(jìn)一步將器件的光電轉(zhuǎn)換效率提升至15.6％；且具有良好的熱穩(wěn)定性和光照穩(wěn)定性，在80～85 ℃條件下，穩(wěn)定工作超過(guò)2000 h；在最大功率輸出條件下，穩(wěn)定工作超過(guò)1000 h，衰減在1％以內(nèi)。在大面積方面，華中科技大學(xué)制作了面積達(dá)到6 m2的無(wú)空穴傳輸材料型可印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)電池板，這是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)無(wú)空穴傳輸材料型可印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)電池大面積組件，顯示出良好的穩(wěn)定性和應(yīng)用前景。

合肥物質(zhì)科學(xué)研究院應(yīng)用技術(shù)研究所以BaSnO3鈣鈦礦材料為鈣鈦礦電池骨架層制備了全鈣鈦礦結(jié)構(gòu)新型電池，電池效率超過(guò)12％。以CuInS2量子點(diǎn)材料為空穴傳輸層制備鈣鈦礦-量子點(diǎn)疊層電池，電池效率超過(guò)10％。

南開(kāi)大學(xué)在平面nip型鈣鈦礦太陽(yáng)電池方面也取得了重要進(jìn)展，基于傳統(tǒng)TiO2電子傳輸層的表面改性，鈣鈦礦單結(jié)太陽(yáng)電池的初始效率超過(guò)了17％，外量子效率標(biāo)定后效率超過(guò)16％?；阝}鈦礦和硅構(gòu)建的四端疊層太陽(yáng)電池的效率達(dá)到了14.8％。

3.2染料敏化太陽(yáng)電池技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展

染料敏化太陽(yáng)電池在過(guò)去的一年中取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在新型光敏有機(jī)染料方面，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所設(shè)計(jì)制備出系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型“強(qiáng)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移型”PAH類給受體有機(jī)染料；使用C275染料制備出效率達(dá)12.5％的染料敏化太陽(yáng)電池；基于能隙更小的C281染料的電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)13.0％；該團(tuán)隊(duì)使用C283窄能隙染料與C275寬能隙染料制備的器件的功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15.1％。

在納晶半導(dǎo)體方面，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院團(tuán)隊(duì)采用兩步法合成了TiO2亞微米球，并將其制備成太陽(yáng)電池，最終通過(guò)優(yōu)化得到了11.11％的高光電轉(zhuǎn)換效率；面積為300 cm2的電池，經(jīng)國(guó)家光伏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.11％。

3.3有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展

單結(jié)太陽(yáng)電池在有機(jī)太陽(yáng)電池中占有主導(dǎo)地位。Huawei Hu等制備了新型聚合物材料PffBT-T3（1，2）-2，電池效率達(dá)到10.7％。Bin Kan等合成了新型小分子材料DR3TSBDT，并通過(guò)熱退火和溶劑退火的處理方法使基于DR3TSBDT的單結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.95％。Zhaoyang Yao等制備了新型非富勒烯受體材料，轉(zhuǎn)換效率突破10％。2015年年初，華南理工的曹庸小組報(bào)道了基于PTB7-Th的反型結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)電池，光電轉(zhuǎn)化效率（IPCE）為 10.61％。

3.4量子點(diǎn)太陽(yáng)電池技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展

量子點(diǎn)太陽(yáng)電池主要分為異質(zhì)結(jié)量子點(diǎn)太陽(yáng)電池、量子點(diǎn)-聚合物雜化太陽(yáng)電池、量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池。華東理工大學(xué)鐘新華課題組對(duì)SILAR生長(zhǎng)ZnS進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并將SiO2引入該體系，進(jìn)一步提高了電池的性能。該課題組發(fā)現(xiàn)，在包覆ZnS之前預(yù)先在光陽(yáng)極表面包覆一層TiO2無(wú)定型層，能夠進(jìn)一步提升電池性能，并且獲得了9.0％的認(rèn)證最高效率。

3.5中間帶太陽(yáng)電池技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)在硅基中間帶材料方面進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究工作，根據(jù)中間帶材料特點(diǎn)，初步設(shè)計(jì)了N-IB-P電池結(jié)構(gòu)，觀察到了預(yù)想中的電池量子效率長(zhǎng)波響應(yīng)增加的現(xiàn)象；對(duì)Co和Ti超高濃度摻雜硅的電子態(tài)特征、能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。2015年6月，全球聚光光伏總裝機(jī)容量（已接入電網(wǎng)的）約為340 MW。其中，我國(guó)大陸的聚光光伏電站裝機(jī)容量約為155 MW，約占全球總量的45％。廈門乾照光電所研發(fā)的晶格匹配GaInP/GaInAs/Ge三結(jié)聚光太陽(yáng)電池芯片在500倍聚光條件下的效率可達(dá)40％以上。倒裝外延生長(zhǎng)是目前晶格失配太陽(yáng)電池的主流技術(shù)，工藝相對(duì)成熟，且已獲得三結(jié)電池中的最高轉(zhuǎn)換效率。在500～2800倍的光照強(qiáng)度下，三安光電所研發(fā)的小尺寸（2.09×2.09 mm2）晶格失配GaInP/GaAs/GaInAs三結(jié)聚光太陽(yáng)電池芯片轉(zhuǎn)換效率大于44％；在1484倍時(shí)，效率達(dá)到最大值44.9％。

由于高效GaAs薄膜太陽(yáng)電池領(lǐng)域的設(shè)備及技術(shù)獨(dú)特性，進(jìn)行研發(fā)的研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)較少。2015年，國(guó)電科環(huán)三結(jié)薄膜電池的效率達(dá)到34.5％。天津十八所在2015年第十五屆中國(guó)光伏學(xué)術(shù)年會(huì)上報(bào)道了其采用MOCVD外延生長(zhǎng)，通過(guò)鍵合剝離技術(shù)實(shí)現(xiàn)外延層轉(zhuǎn)移，獲得了較高的電池效率；尺寸為4×6 cm2的GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池未經(jīng)第三方認(rèn)證的效率為30.2％，功率重量比為1600 W/kg。漢能薄膜發(fā)電于2015年收購(gòu)了Alta Devices的砷化鎵（GaAs）柔性薄膜技術(shù)，其單結(jié)電池片發(fā)電效率為28.8％，雙結(jié)電池片發(fā)電效率可高達(dá)30.8％，為世界上最領(lǐng)先的薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)之一。

4　聚光與高效太陽(yáng)電池研發(fā)進(jìn)展

我國(guó)已經(jīng)形成了完整的聚光光伏產(chǎn)業(yè)鏈，且發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)量在國(guó)際上名列前茅。截至

5　總結(jié)

“十二五”期間，在科技部、能源局、基金委、工信部等相關(guān)部門的大力支持下，我國(guó)在太陽(yáng)電池的研究領(lǐng)域取得了迅速的進(jìn)展，縮小了與國(guó)際水平的整體差距，個(gè)別領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。整體而言，我國(guó)目前是光伏生產(chǎn)大國(guó)，但還不是強(qiáng)國(guó)。希望在“十三五”期間，有關(guān)部門能夠繼續(xù)加大支持力度，力爭(zhēng)使我國(guó)在太陽(yáng)電池領(lǐng)域早日達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2016-04-06

趙穎（1963—），男，教授、博士生導(dǎo)師，主要從事薄膜光電子材料與器件的研究。zhaoygds@nankai.edu.cn