国立先进产业技术综合研究所（所长：野间口佑）（以下简称“AIST”） 太阳能工程研究中心（所长：近藤道夫） 副研究中心主任：Sakae Niki、先进工业工艺和效率团队 石冢正吾（首席研究员）、富士胶片株式会社（代表董事） 与小森重隆（以下简称“富士胶片”）合作，开发了一种使用不锈钢箔的高效薄膜作为基材。一体化结构灵活CIGS太阳能电池开发了一个子模块。
轻质、柔性的太阳能电池作为推动太阳能发电普及的关键之一而备受关注。此次，我们开发了在金属箔基板上形成绝缘层的技术，并改进了控制CIGS层中碱添加量的技术，成功开发出光电转换效率为15%的柔性CIGS太阳能电池。使用通用、低成本材料作为基板实现高性能太阳能电池有望进一步扩大应用范围。
该结果详情请参阅第37届电气电子工程师学会太阳能专家会议（37第IEEE-PVSC)。
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不锈钢基板上的集成柔性 CIGS 太阳能电池子模块 (10 cm x 10 cm)
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随着环境问题日益严重以及能源政策检讨的需要，人们对太阳能发电等新能源的期望和兴趣不断增加。 CIGS太阳能电池是高性能薄膜太阳能电池之一，具有光电转换效率高、不随时间劣化、长期可靠性优异等特点，有望实现低成本，还可制成轻质、可弯曲、柔性的太阳能电池。到目前为止，柔性太阳能电池已被考虑用于安装在负载能力有限的地方、弯曲表面以及作为移动设备的电源等应用。如果高性能柔性太阳能电池得以实现，除了用于汽车等更熟悉的环境外，还可能用于替代传统太阳能电池，并可能出现太空、太阳能发电厂等新应用，应用范围有望进一步扩大。
为了进一步扩大太阳能发电的利用，实现可持续发展的社会，AIST正在致力于开发提高各种太阳能电池的性能和功能的技术以及评估技术。作为这项工作的一部分，我们正在与公司和大学合作进行 CIGS 太阳能电池的研究和开发。目前市场上的面板型CIGS太阳能电池组件采用一体化结构，在单个玻璃基板上串联多个太阳能电池（图1）。迄今为止，我们一直致力于柔性CIGS太阳能电池组件难以实现的集成结构的形成，以及碱添加的高精度控制以提高效率，并实现了高光电转换效率。2010 年 2 月 25 日 AIST 新闻稿）。此次，AIST通过与富士胶片的联合研究，迎接挑战，进一步开发迄今为止培育的技术，以制造高性能集成柔性CIGS太阳能电池模块，该模块使用可以从大面积材料中低成本获得的不锈钢箔作为基板。
这项研究得到了新能源产业技术综合开发机构（NEDO）实施的“下一代太阳能发电系统高性能技术的开发”（委托期限至2013年2月）的支持。
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图1集成CIGS太阳能电池截面结构示意图
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AIST充分利用在基板表面形成超薄硅酸盐玻璃层等技术，通过碱性效应提高性能，开发出高性能柔性CIGS太阳能电池。
迄今为止，已经进行了使用钛箔、钼箔和陶瓷片作为柔性CIGS太阳能电池的基板材料的研究。但大面积材料供应和实际使用成本存在问题。因此，这次我们使用更便宜的不锈钢金属箔作为柔性基材。在金属基板的情况下，在太阳能电池的高温成膜过程中存在成分扩散到CIGS层中的问题。另外，为了一体化，需要形成电绝缘层。这次，我们首先在不锈钢箔上形成铝层，然后使用阳极氧化将表面变成氧化铝。该氧化铝层用作电绝缘层以及阻挡层，防止金属基底成分扩散到 CIGS 层中。图 2 显示了该 CIGS 太阳能电池中使用的柔性基板的横截面示意图。这种柔性基板是由富士胶片制作的原型。
在CIGS太阳能电池中，通过添加钠(Na)等碱金属可以获得高光电转换效率碱性效果的性能改进效果是已知的。当使用钠钙玻璃作为基板时，自然会达到碱性效果，但在柔性基板的情况下，需要高精度的碱控制技术才能获得碱性效果。通过应用现有技术并在氧化铝层顶部形成厚度受控的超薄硅酸盐玻璃层，我们能够通过高度精确控制的碱添加和碱效应来实现高性能。
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图2 该CIGS太阳能电池所用柔性基板的截面示意图
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图3显示了我们这次创建的子模块的太阳能电池特性的独立测量结果，图4显示了子模块的外观。这是一种集成柔性CIGS太阳能电池子模块，其中16个细长条形太阳能电池串联在单个基板上，如图3所示，开路电压（Voc）为1054 V，短路电流密度（Jsc）为3339 mA/cm2，填充因子（FF）0683，光电转换效率（η）150%。该性能可与传统（非柔性）CIGS太阳能电池相媲美，并且作为柔性太阳能电池子模块具有极高的性能。这将创造出一种低成本太阳能电池，将高性能与轻质和可弯曲的功能相结合，并有望开辟新的应用。
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图3 集成柔性CIGS太阳能电池子模块的效率测量结果
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图 4 不锈钢基板（10 厘米 x 10 厘米）上的集成柔性 CIGS 太阳能电池子模块
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未来，我们将与多家公司合作，继续向商业化方向进行研发，包括应用于更大面积的基板、实现更低成本、更高性能的集成柔性CIGS太阳能电池组件以及生产技术的开发。