深圳先进院等发表CIGS薄膜太阳能电池用高耐热聚酰亚胺衬底研究进展综述学术资讯

来源：中科院深圳先进院

近日，中国科学院深圳先进技术研究院材料所光子信息与能源材料研究中心杨春雷研究员团队与深圳职业学院刘红波教授研究团队以Recent progress in high temperature resistance PI substrate with low CTE for CIGS thin film solar cells为题，在国际高水平期刊Materials Today Energy（影响因子：5.604）上发表柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池用高耐热聚酰亚胺薄膜的研究进展综述。

该综述总结硒化铜铟镓（CIGS）薄膜太阳能电池具有效率高、成本低、原料备消耗低等优点，备受学术界与产业界的关注。利用聚酰亚胺（PI）作为柔性基底，制备柔性CIGS薄膜太阳能电池具有重量轻、可弯曲等优势，与传统的硬质玻璃基板相比具有更广泛的应用市场。但是用于柔性CIGS基底的PI薄膜仍然存在挑战：首先，PI薄膜的耐稳定温度不够高，无法承受CIGS吸收层的高温度制备过程，是高效率柔性薄膜光伏组件制备的主要难题；其次，PI薄膜的热膨胀系数（CTE）较大，会导致衬底与CIGS的CTE不匹配产生薄膜电池与衬底剥离的问题。

表一：各种太阳能电池的性能比较

本综述从CIGS薄膜太阳能的电池的研究与产业化进展出发，总结了CIGS薄膜太阳能电池的结构、研究工艺、小面积电池与产业化研究进展以及柔性基底薄膜电池的主要挑战。文章进一步阐述了耐高温聚酰亚胺薄膜用于CIGS薄膜太阳能电池中的关键性能如热稳定性、热膨胀系数、化学稳定性等。最后，文章总结了耐高温与低CTE的PI薄膜的主要研究进展，即利用优化分子链结构和有机/无机杂化改性以提高聚酰亚胺的热稳定性和降低其热膨胀系数。

图1：世界主要CIGS薄膜太阳能电池厂商的组件照片

在前期研究工作中，深圳先进院光子信息与能源材料研究中心团队在耐高温、高透明以及低介电聚酰亚胺的分子结构设计，单体合成以及薄膜制备上（Solar Energy 2020,195,340-354; Compos. Commun. 2019; 《化工时刊》2019, 26-33, 36）等方面取得了重要进展，并将PI薄膜在薄膜太阳能电池（AIP Advances 2019 9, 045024）、压力传感器（ACS Appl. Mater. Inter.）、锂离子电池方面（Adv. Energy Mater. 2019,9 (38), 1901796）等应用开展了深入研究，发表了一系列文章。