薄膜在CIGSthinfilmsolarcells的應(yīng)用.ppt

1,薄膜在CIGS thin film solar cells 的應(yīng)用,指導(dǎo)教授：許進(jìn)明 學(xué)生：林怡君 學(xué)號(hào)：M97L0224,2,Outline,薄膜太陽(yáng)能電池的種類 CIGS簡(jiǎn)介 CIGS優(yōu)勢(shì)條件 CIGS太陽(yáng)能電池元件結(jié)構(gòu) Nanosolar 薄膜太陽(yáng)能電池 引用,3,薄膜太陽(yáng)能電池的種類,(1) 非晶矽(Amorphus Silicon , a-Si) (2) 微晶矽(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，or Microcrystalline Silicon，uc-Si) (3) 銅銦硒化物(CIGS /CIS) (4) 碲化鎘(CdTe) (5)多接面砷化鎵 (GaAs Multijuction) (6) 有機(jī)導(dǎo)電高分子(Organic solar cells) (a)染敏化(Dye-Sensitized Solar Cell , DSSC) (b)高分子 (polymer),4,CIGS簡(jiǎn)介,銅銦鎵硒 CIGS(Copper Indium Gallium Selenium)屬於化合物半導(dǎo)體，CIGS隨著銦鎵含量的不同，其光吸收範(fàn)圍可從1.02ev至1.68ev。 若是利用聚光裝置的輔助，目前轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可達(dá)30%，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境測(cè)試下元件轉(zhuǎn)換效19.5%，採(cǎi)用軟性塑膠基板的最佳轉(zhuǎn)換效率也已經(jīng)達(dá)到14.1%。 美國(guó)Nanosolar公司達(dá)成重大突破，研發(fā)出roll to roll的方式-CIGS薄膜太陽(yáng)能電池，不僅輕巧、可塑性高，更適合大量生產(chǎn)，能大幅降低成本。,5,CIGS優(yōu)勢(shì)條件,優(yōu)於單晶光伏元件的要素: (1)成本低 (2)製程能源需求低 (3)大面積元件高效 (4)產(chǎn)成品高 (5)應(yīng)用範(fàn)圍廣泛 (玻璃基板、銹鋼、 塑膠聚合物、錫箔等 可撓式基板)。,優(yōu)於其他薄膜光伏元件的要素: (1)元件轉(zhuǎn)換效最高 (2)穩(wěn)定與抗射特性良好 (3)無(wú)環(huán)境污染以及產(chǎn)阻礙 問題 (4)無(wú)法克服質(zhì)p 型吸收層 歐姆接點(diǎn),6,CIGS太陽(yáng)能電池元件結(jié)構(gòu),Glass / Stainless Steel / Polymer,基板,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),背電極,吸收層,CdS(0.05m),緩衝層,i-ZnO(0.05m),純質(zhì)氧化鋅,TCO (ZnO:Al)(0.51.5m),透明導(dǎo)電層,頂端電極 Ni / Al,Sputter,Vacuum method Non-Vacuum method,Chemical Bath deposition,Sputter,7,CIGS太陽(yáng)能電池元件結(jié)構(gòu),通常使用鈉玻璃(Soda-lime) 基板，鈉玻璃除了價(jià)格便宜外，熱膨脹係數(shù)與CIGS 吸收層薄膜相當(dāng)接近。 在成長(zhǎng)薄膜時(shí)，因基板溫度接近鈉玻璃的玻璃軟化溫度，所以鈉離子將會(huì)經(jīng)過鉬金屬薄膜層擴(kuò)散至吸收層。 當(dāng)鈉離子跑至CIGS 薄膜時(shí)，會(huì)使薄膜的晶粒變大，且增加導(dǎo)電性，降低串聯(lián)電阻。,Glass / Stainless Steel / Polymer,8,CIGS太陽(yáng)能電池元件結(jié)構(gòu),用直濺鍍或者電子束蒸鍍的方式積一層鉬(Mo)當(dāng)作背電極，接正極。 鉬金屬與CIGS薄膜具有良好之歐姆接觸特性，此外鉬金屬薄膜具有高度的光反射性、低電阻。,Glass / Stainless Steel / Polymer,Mo (0.51.5m),9,CIGS太陽(yáng)能電池元件結(jié)構(gòu),吸收層CIGS 本身具黃銅礦結(jié)構(gòu)(Chalaopyrite)，可以藉由化學(xué)組成的調(diào)變直接得到P-type 或者是N-type 。 Vacuum method (1) 共蒸鍍(Co-evaporation) (2) 濺鍍(Sputtering ) Non-Vacuum method (1) 電鍍(Electrodeposition) (2) 塗佈製程(Coating Process),Glass / Stainless Steel / Polymer,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),10,Vacuum method- Co-evaporation,1. In, Ga and Se were Co evaporated at 400 2. Cu and Se were codeposited while the substrate temperature was ramped up to 580 . 3.In, Ga and Se were coevaporated still at 580 ，The samples were then cooled in Se atmosphere down to 250 ,3-stage process,11,CIGS太陽(yáng)能電池元件結(jié)構(gòu),緩衝層硫化鎘可用來(lái)降低ZnO 與CIGS 間之能帶上的連續(xù)(band discontinuity) 。 使用化學(xué)水浴沉積法(chemical bath deposition，簡(jiǎn)稱CBD) 成長(zhǎng)可提供CIGS 上表面平整的均勻覆蓋。 緩衝層要求高透光率，以便能使入射光順利進(jìn)入主吸收層材料被有效的吸收。,Glass / Stainless Steel / Polymer,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),CdS(0.05m),12,化學(xué)水域沉積法,化學(xué)水浴沉積法 (Chemical bath deposition) 是一種製備半導(dǎo)體薄膜的技術(shù)，方法是將基板浸入含有金屬離子及OH-、S2- 或Se2- 離子的水溶液中，藉由控制水溶液的溫度及pH 值，使金屬離子與OH-、S2- 或Se2- 離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成化合物半導(dǎo)體沉積在基板上。,13,CIGS太陽(yáng)能電池元件結(jié)構(gòu),透明導(dǎo)電膜(TCO) 要低電阻、高透光率，但ZnO 本身是高電阻材料，因此外加鋁重?fù)诫s氧化鋅(ZnO: Al) 改善其電性，但是會(huì)降低透光率，因此須在此找到最適合的摻雜濃度 。 多半用RF 濺鍍法(RF sputter)達(dá)成鍍膜。,Glass / Stainless Steel / Polymer,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),CdS(0.05m),i-ZnO(0.05m),TCO (ZnO:Al)(0.51.5m),14,CIGS太陽(yáng)能電池元件結(jié)構(gòu),蒸鍍上鎳/鋁(Ni/Al)層當(dāng)作頂層電極，接負(fù)極。,Glass / Stainless Steel / Polymer,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),CdS(0.05m),i-ZnO(0.05m),TCO (ZnO:Al)(0.51.5m),15,Nanosolar 薄膜太陽(yáng)能電池,是世界上第一個(gè)印製而成的薄膜太陽(yáng)電池，也是世界上第一個(gè)最低售價(jià)的太陽(yáng)能板。 在金屬基板上將半導(dǎo)體塗料利用印刷技術(shù)量產(chǎn)的薄膜太陽(yáng)電池。 是目前最簡(jiǎn)單、快速且產(chǎn)量最大，但相對(duì)成本較低的製程技術(shù) 。,16,捲軸式(roll to roll)的CIGS太陽(yáng)能電池,將銅銦鎵硒奈米粉體直接噴灑於鋁箔上，而鋁箔的導(dǎo)電率是不鏽鋼的20倍，可當(dāng)作下電極 。 利用捲軸式(roll to roll)的方式印製，將這些粉體依正確的原子比例完整且均勻的沉積於基板上。 其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)之CIGS電池相似，但成本卻降至傳統(tǒng)電池的一半以下。,17,引用,國(guó)東華大學(xué)光電工程研究所碩士文-影響硒化銅銦鎵太陽(yáng)能電池表現(xiàn)之元