深圳先進院等發表CIGS薄膜太陽能電池用高耐熱聚酰亞胺襯底研究進展綜述
近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所光子信息與能源材料研究中心楊春雷研究員團隊與深圳職業學院劉紅波教授研究團隊以Recent progress in high temperature resistance PI substrate with low CTE for CIGS thin film solar cells為題，在國際高水平期刊Materials Today Energy（影響因子：5.604）上發表柔性銅銦鎵硒薄膜太陽能電池用高耐熱聚酰亞胺薄膜的研究進展綜述。
該綜述總結硒化銅銦鎵（CIGS）薄膜太陽能電池具有效率高、成本低、原料備消耗低等優點，備受學術界與產業界的關注。利用聚酰亞胺（PI）作為柔性基底，制備柔性CIGS薄膜太陽能電池具有重量輕、可彎曲等優勢，與傳統的硬質玻璃基板相比具有更廣泛的應用市場。但是用于柔性CIGS基底的PI薄膜仍然存在挑戰：首先，PI薄膜的耐穩定溫度不夠高，無法承受CIGS吸收層的高溫度制備過程，是高效率柔性薄膜光伏組件制備的主要難題；其次，PI薄膜的熱膨脹系數（CTE）較大，會導致襯底與CIGS的CTE不匹配產生薄膜電池與襯底剝離的問題。
本綜述從CIGS薄膜太陽能的電池的研究與產業化進展出發，總結了CIGS薄膜太陽能電池的結構、研究工藝、小面積電池與產業化研究進展以及柔性基底薄膜電池的主要挑戰。文章進一步闡述了耐高溫聚酰亞胺薄膜用于CIGS薄膜太陽能電池中的關鍵性能如熱穩定性、熱膨脹系數、化學穩定性等。最后，文章總結了耐高溫與低CTE的PI薄膜的主要研究進展，即利用優化分子鏈結構和有機/無機雜化改性以提高聚酰亞胺的熱穩定性和降低其熱膨脹系數。
在前期研究工作中，深圳先進院光子信息與能源材料研究中心團隊在耐高溫、高透明以及低介電聚酰亞胺的分子結構設計，單體合成以及薄膜制備上（Solar Energy 2020,195,340-354;Compos. Commun.2019;《化工時刊》2019, 26-33, 36）等方面取得了重要進展，并將PI薄膜在薄膜太陽能電池（AIP Advances 2019 9, 045024）、壓力傳感器（ACS Appl. Mater. Inter.）、鋰離子電池方面（Adv. Energy Mater.2019,9 (38), 1901796）等應用開展了深入研究，發表了一系列文章。
論文第一作者為碩士生史勝、姚琳，通訊作者為劉紅波教授、楊春雷研究員和李偉民副研究員。該系列研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、深圳市等科技項目資助。
表一：各種太陽能電池的性能比較
圖1：世界主要CIGS薄膜太陽能電池廠商的組件照片
圖2：聚酰亞胺薄膜的主要應用
