CIGS薄膜太陽(yáng)能電池

1、CIGS薄膜太陽(yáng)能電池介紹薄膜太陽(yáng)能電池介紹二、二、銅銦硒（銅銦硒（CIS）薄膜太陽(yáng)能電池介紹）薄膜太陽(yáng)能電池介紹三、三、銅銦鎵硒（銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽(yáng)能電池介紹）薄膜太陽(yáng)能電池介紹 學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為太陽(yáng)能電池的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了第三代。第一代為單晶硅太陽(yáng)能電池，第二代為多晶硅、非晶硅等太陽(yáng)能電池，第三代太陽(yáng)能電池就是銅銦鎵硒CIGS(CIS中摻入Ga)等化合物薄膜太陽(yáng)能電池及薄膜Si系太陽(yáng)能電池。 銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池是多元化合物薄膜電池的重要一員，由于其優(yōu)越的綜合性能，已成為全球光伏領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。按制備材料的不同硅基太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池納米

2、晶太陽(yáng)能電池主要:GaAs CdS CIGS目前,綜合性能最好的薄膜太陽(yáng)能電池硅基太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池硅基太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池納米晶太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池硅基太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池納米晶太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池硅基太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池納米晶太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池硅基太陽(yáng)能電池納米晶太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池硅基太陽(yáng)能電池納米晶太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池硅基太陽(yáng)能電池納米晶太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能

3、電池目前,綜合性能最好的薄膜太陽(yáng)能電池主要:GaAs CdS CIGS目前,綜合性能最好的薄膜太陽(yáng)能電池主要:GaAs CdS CIGS目前,綜合性能最好的薄膜太陽(yáng)能電池硅基太陽(yáng)能電池納米晶太陽(yáng)能電池有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池主要:GaAs CdS CIGS目前,綜合性能最好的薄膜太陽(yáng)能電池一、一、第三代太陽(yáng)能電池第三代太陽(yáng)能電池二、銅銦硒（二、銅銦硒（CIS）薄膜太陽(yáng)能電池介紹）薄膜太陽(yáng)能電池介紹簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 銅銦硒太陽(yáng)能薄膜電池（簡(jiǎn)稱銅銦硒電池）是在玻璃或其它廉價(jià)襯底上沉積若干層金屬化合物半導(dǎo)體薄膜，薄膜總厚度大約為23微米，利用太陽(yáng)光發(fā)電。銅銦硒電池具有成本低、性 能穩(wěn)定、

4、抗輻射能力強(qiáng)等特性，光電轉(zhuǎn)換效率目前是各種薄膜太陽(yáng)電池之首，正是由于其優(yōu)異的性能被國(guó)際上稱為下一時(shí)代的廉價(jià)太陽(yáng)能電池，吸引了眾多機(jī)構(gòu)及專(zhuān)家進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。但因?yàn)殂~銦硒電池是多元化合物半導(dǎo)體器件，具有復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)和敏感的元素配比，要求其工藝和制備條件極為苛刻，目前只有美國(guó)、日本、德國(guó)完成了中試線的開(kāi)發(fā)，但尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。突出特點(diǎn)：突出特點(diǎn)：CIS 太陽(yáng)電池有轉(zhuǎn)換效率高、制造成本低、電池性能穩(wěn)定三大突出的特太陽(yáng)電池有轉(zhuǎn)換效率高、制造成本低、電池性能穩(wěn)定三大突出的特點(diǎn)。點(diǎn)。轉(zhuǎn)換效率高轉(zhuǎn)換效率高CIS薄膜的禁帶寬度為1.04eV，通過(guò)摻入適量的通過(guò)摻入適量的Ga（鎵）以替代部分（鎵）以替代部分In

5、，成為Cu In1= xGaxSe2 (簡(jiǎn)稱CIGS) 混溶晶體，薄膜的禁帶寬度可在1.041.7 eV 范圍內(nèi)調(diào)整，這就為太陽(yáng)電池最佳帶隙的優(yōu)化提供了新的途徑。所以, C IS (C IGS)是高效薄膜太陽(yáng)電池的最有前途的光伏材料。美國(guó)NREL 使用三步沉積法制作的C IGS 太陽(yáng)能電池的最高轉(zhuǎn)換效率為19.5%，是薄膜太陽(yáng)電池的世界紀(jì)錄。制造成本低制造成本低吸收層薄膜CuInSe2是一種直接帶隙材料，光吸收率高達(dá)105量級(jí)，最適于太陽(yáng)電池薄膜化，電池厚度可以做到23Lm，降低了昂貴的材料消耗。CIS 電池年產(chǎn)1. 5MW，其成本是晶體硅太陽(yáng)電池的1/ 21/3，能量?jī)斶€時(shí)間在一年之內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)

6、低于晶體硅太陽(yáng)電池。電池性能穩(wěn)定電池性能穩(wěn)定美國(guó)波音航空公司曾經(jīng)制備91cm2的C IS 組件，轉(zhuǎn)換效率為6.5%。100MW/cm2光照7900 h 后發(fā)現(xiàn)電池效率沒(méi)有任何衰減，西門(mén)子公司制備的CIS電池組件在美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL ) 室外測(cè)試設(shè)備上，經(jīng)受7年的考驗(yàn)仍然顯示著原有的性能。三、銅銦鎵硒（三、銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽(yáng)能電池介紹）薄膜太陽(yáng)能電池介紹 以銅銦鎵硒為吸收層的高效薄膜太陽(yáng)能電池，簡(jiǎn)稱為銅銦鎵硒電池CIGS電池。其典型結(jié)構(gòu)是：Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2。（多層膜典型結(jié)構(gòu)：金屬柵/減反膜/透明電極/窗口層/過(guò)渡層/光吸收層/

7、背電極/玻璃） CIGS薄膜電池組成可表示成Cu(In1-xGax)Se2的形式，具有黃銅礦相結(jié)構(gòu)，是CuInSe2和CuGaSe2的混晶半導(dǎo)體。 CIGS的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)CuInSe2黃銅礦晶格結(jié)構(gòu)lCuInSe2復(fù)式晶格:a=0.577,c=1.154l直接帶隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)高達(dá)105/cm量級(jí)l通過(guò)摻入適量的Ga以替代部分In，形成CulnSe2和CuGaSe2的固熔晶體lGa的摻入會(huì)改變晶體的晶格常數(shù)，改變了原子之間的作用力,最終實(shí)現(xiàn)了材料禁帶寬度的改變，在1.04一1.7eV范圍內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)整，以達(dá)到最高的轉(zhuǎn)化效率非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn) 低

8、成本低成本 能量返回期短能量返回期短 大面積自動(dòng)化生產(chǎn)大面積自動(dòng)化生產(chǎn) 高溫性好高溫性好 弱光響應(yīng)好弱光響應(yīng)好( (充電效率高充電效率高) ) 其他其他 低成本低成本 單結(jié)晶硅太陽(yáng)電池的單結(jié)晶硅太陽(yáng)電池的厚度厚度0.5um0.5um。 主要原材料是生產(chǎn)高純多晶硅過(guò)程中使用的主要原材料是生產(chǎn)高純多晶硅過(guò)程中使用的硅烷硅烷，這種氣體，這種氣體，化學(xué)工業(yè)可大量供應(yīng)，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太陽(yáng)能化學(xué)工業(yè)可大量供應(yīng)，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太陽(yáng)能電池的原材料本約電池的原材料本約RMB3.5-4RMB3.5-4（效率高于（效率高于6%6%） 且晶體硅太陽(yáng)電池的基本厚度為且晶體硅太陽(yáng)電池的基本厚度為2

9、40-270um240-270um，相差，相差200200多倍，多倍，大規(guī)模生產(chǎn)需極大量的半導(dǎo)體級(jí)，僅硅片的成本就占整個(gè)太大規(guī)模生產(chǎn)需極大量的半導(dǎo)體級(jí)，僅硅片的成本就占整個(gè)太陽(yáng)電池成本的陽(yáng)電池成本的65-70%65-70%，在中國(guó)，在中國(guó)1 1瓦晶體硅太陽(yáng)電池的硅材料瓦晶體硅太陽(yáng)電池的硅材料成本已上升到成本已上升到RMB22RMB22以上。以上。 從原材料供應(yīng)角度分析，人類(lèi)大規(guī)模使用陽(yáng)光發(fā)電，最終的從原材料供應(yīng)角度分析，人類(lèi)大規(guī)模使用陽(yáng)光發(fā)電，最終的選擇只能是非晶硅太陽(yáng)電池及其它薄膜太陽(yáng)電池，別無(wú)它法！選擇只能是非晶硅太陽(yáng)電池及其它薄膜太陽(yáng)電池，別無(wú)它法！ 能量返回期短能量返回期短 轉(zhuǎn)換效率為

10、轉(zhuǎn)換效率為6%6%的非晶硅太陽(yáng)電池，其生產(chǎn)用電約的非晶硅太陽(yáng)電池，其生產(chǎn)用電約1.91.9度電度電/ /瓦，由它發(fā)電后返回的時(shí)間約為瓦，由它發(fā)電后返回的時(shí)間約為1.5-21.5-2年，這是晶硅太陽(yáng)電年，這是晶硅太陽(yáng)電池?zé)o法比擬的。池?zé)o法比擬的。 大面積自動(dòng)化生產(chǎn)大面積自動(dòng)化生產(chǎn) 目前，世界上最大的非晶硅太陽(yáng)電池是目前，世界上最大的非晶硅太陽(yáng)電池是Switzland UnaxisSwitzland Unaxis的的KAI-1200 PECVD KAI-1200 PECVD 設(shè)備生產(chǎn)的設(shè)備生產(chǎn)的1100mm1100mm* *1250mm1250mm單結(jié)晶非晶單結(jié)晶非晶硅太陽(yáng)電池，起初是效率高于硅太

11、陽(yáng)電池，起初是效率高于9%9%。其穩(wěn)定輸出功率接近。其穩(wěn)定輸出功率接近80W/80W/片。片。 商品晶體硅太陽(yáng)電池還是以商品晶體硅太陽(yáng)電池還是以156mm156mm* *156mm156mm和和125mm125mm* *125mm125mm為為主。主。 短波響應(yīng)優(yōu)于晶體硅太陽(yáng)電池短波響應(yīng)優(yōu)于晶體硅太陽(yáng)電池 上海尤力卡公司曾在中國(guó)甘肅省酒泉市安裝一套上海尤力卡公司曾在中國(guó)甘肅省酒泉市安裝一套65006500瓦非晶瓦非晶硅太陽(yáng)能電站，其硅太陽(yáng)能電站，其每千瓦發(fā)電量為每千瓦發(fā)電量為1300KWh1300KWh，而，而晶體硅太陽(yáng)晶體硅太陽(yáng)電池每千瓦的年發(fā)電量約為電池每千瓦的年發(fā)電量約為1100-120

12、0KWh1100-1200KWh。非晶硅太陽(yáng)電池。非晶硅太陽(yáng)電池顯示出其極大的使用優(yōu)勢(shì)。下圖為該電站的現(xiàn)場(chǎng)照片，第一顯示出其極大的使用優(yōu)勢(shì)。下圖為該電站的現(xiàn)場(chǎng)照片，第一代非晶硅太陽(yáng)電池的以上優(yōu)點(diǎn)已被人們所接受。代非晶硅太陽(yáng)電池的以上優(yōu)點(diǎn)已被人們所接受。20032003年以來(lái)年以來(lái)全世界太陽(yáng)能市場(chǎng)需求量急劇上升，非晶硅太陽(yáng)電池也出現(xiàn)全世界太陽(yáng)能市場(chǎng)需求量急劇上升，非晶硅太陽(yáng)電池也出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。供不應(yīng)求的局面。非晶硅太陽(yáng)能電池存在的問(wèn)題非晶硅太陽(yáng)能電池存在的問(wèn)題 效率較低效率較低 單晶硅太陽(yáng)能電池，單體單晶硅太陽(yáng)能電池，單體效率為效率為14%-17%(AMO)14%-17%(AMO)，而柔性

13、基體，而柔性基體非晶硅太陽(yáng)電池組件（約非晶硅太陽(yáng)電池組件（約10001000平方厘米）的平方厘米）的效率為效率為10-12%10-12%，還存在一定差距。還存在一定差距。 相同的輸出電量所需太陽(yáng)能電池面積增加，對(duì)于對(duì)太陽(yáng)能電相同的輸出電量所需太陽(yáng)能電池面積增加，對(duì)于對(duì)太陽(yáng)能電池占地面積要求不高的場(chǎng)合尤其適用，如農(nóng)村和西部地區(qū)。池占地面積要求不高的場(chǎng)合尤其適用，如農(nóng)村和西部地區(qū)。 我國(guó)目前尚有約我國(guó)目前尚有約2800028000個(gè)村莊、個(gè)村莊、700700萬(wàn)戶、大約萬(wàn)戶、大約30003000萬(wàn)農(nóng)村人萬(wàn)農(nóng)村人口還沒(méi)有用上電，口還沒(méi)有用上電， 60% 60%的有電縣嚴(yán)重缺電；光致衰減效應(yīng)也的有電縣嚴(yán)

14、重缺電；光致衰減效應(yīng)也可在電量輸出中加以考慮，我們認(rèn)為以上缺點(diǎn)已不成為其發(fā)可在電量輸出中加以考慮，我們認(rèn)為以上缺點(diǎn)已不成為其發(fā)展的障礙，非晶硅太陽(yáng)能電池已迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。展的障礙，非晶硅太陽(yáng)能電池已迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。 穩(wěn)定性問(wèn)題穩(wěn)定性問(wèn)題 非晶硅太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池的光致衰減光致衰減，所謂的，所謂的W-SW-S效應(yīng)，是影效應(yīng)，是影響其大規(guī)模生產(chǎn)的重要因素。目前，柔性基體非晶硅響其大規(guī)模生產(chǎn)的重要因素。目前，柔性基體非晶硅太陽(yáng)能電池穩(wěn)定效率已超過(guò)太陽(yáng)能電池穩(wěn)定效率已超過(guò)10%10%，已具備作為空間能源，已具備作為空間能源的基本條件。的基本條件。 成本問(wèn)題成本問(wèn)題 非晶硅太陽(yáng)能電池投資額

15、是晶體硅太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池投資額是晶體硅太陽(yáng)能電池的5 5倍左倍左右右，因此項(xiàng)目投資有一定的資金壁壘。，因此項(xiàng)目投資有一定的資金壁壘。且，成本回收且，成本回收周期較長(zhǎng)，昂貴的設(shè)備折舊率是大額回報(bào)率的一大瓶周期較長(zhǎng)，昂貴的設(shè)備折舊率是大額回報(bào)率的一大瓶頸。頸。非晶硅太陽(yáng)電池的市場(chǎng)非晶硅太陽(yáng)電池的市場(chǎng) 大規(guī)模地成本發(fā)電站大規(guī)模地成本發(fā)電站 19961996年美國(guó)年美國(guó)APSAPS公司在美國(guó)加州建了一個(gè)公司在美國(guó)加州建了一個(gè)400400千瓦的非晶硅電千瓦的非晶硅電站站, ,引起光伏產(chǎn)業(yè)振動(dòng)。引起光伏產(chǎn)業(yè)振動(dòng)。 MassMass公司公司( (歐洲第三大太陽(yáng)能系統(tǒng)公司歐洲第三大太陽(yáng)能系統(tǒng)公司)

16、 )去年從中國(guó)進(jìn)口約去年從中國(guó)進(jìn)口約5MWp5MWp的非晶硅太陽(yáng)能電池。的非晶硅太陽(yáng)能電池。 日本日本CANECACANECA公司年產(chǎn)公司年產(chǎn)25MWp25MWp的非晶硅太陽(yáng)能電池大部分輸往的非晶硅太陽(yáng)能電池大部分輸往歐洲建大型發(fā)電站歐洲建大型發(fā)電站( (約每座約每座500KWp-1000KWp)500KWp-1000KWp)。 德國(guó)德國(guó)RWESCHOOTTRWESCHOOTT公司也具有公司也具有30MWp30MWp年產(chǎn)量年產(chǎn)量, ,全部用于建大規(guī)模全部用于建大規(guī)模太陽(yáng)能電站。太陽(yáng)能電站。CIGS電池的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀電池的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀70年代Bell實(shí)驗(yàn)室Shaly等人系統(tǒng)研究了三元

17、黃銅礦半導(dǎo)體材料CIS的生長(zhǎng)機(jī)理、電學(xué)性質(zhì)及在光電探測(cè)方面的應(yīng)用 1974年，Wagner利用單晶ClS研制出高效太陽(yáng)能電池,制備困難制約了單晶ClS電池發(fā)展1976年，Kazmerski等制備出了世界上第一個(gè)ClS多晶薄膜太陽(yáng)能電池80年代初，Boeing公司研發(fā)出轉(zhuǎn)換效率高達(dá)9.4%的高效CIS薄膜電池80年代期間，ARCO公司開(kāi)發(fā)出兩步(金屬預(yù)置層后硒化)工藝，方法是先濺射沉積Cu、In層，然后再在HSe中退火反應(yīng)生成CIS薄膜，轉(zhuǎn)換效率也超過(guò)10% 1994年，瑞典皇家工學(xué)院報(bào)道了面積為0.4cm效率高達(dá)17.6%的ClS太陽(yáng)能電池90年代后期，美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)一直保持

18、著CIS電池的最高效率記錄，并1999年，將Ga代替部分In的CIGS太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到了18.8%，2008年更提高到19.9% 薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)展的歷程CIGS的光學(xué)性質(zhì)及帶隙的光學(xué)性質(zhì)及帶隙CISCIS材料是直接帶隙材料，材料是直接帶隙材料，Cu(In,Ga,Al)SeCu(In,Ga,Al)Se2,2,其帶隙在其帶隙在1.02eV-2.7eV1.02eV-2.7eV范圍范圍變化，覆蓋了可見(jiàn)太陽(yáng)光譜變化，覆蓋了可見(jiàn)太陽(yáng)光譜lIn/GaIn/Ga比的調(diào)整可使比的調(diào)整可使CIGSCIGS材料的帶隙范圍覆蓋材料的帶隙范圍覆蓋1.01.0一一l.7eVl.7eV，CIGSCIGS其帶隙值隨其帶

19、隙值隨GaGa含量含量x x變化滿變化滿足下列公式其中，足下列公式其中，b b值的大小為值的大小為0.150.15一一0.24eV0.24eVlCIGS的性能不是Ga越多性能越好的，因?yàn)槎搪冯娏魇请S著Ga的增加對(duì)長(zhǎng)波的吸收減小而減小的。l當(dāng)x=Ga/(Ga+In)0.3時(shí)，隨著x的增加，Eg減小，Voc也減小。l G.Hanna等也認(rèn)為x=0.28時(shí)材料缺陷最少，電池性能最好。CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)金屬柵電極減反射膜(MgF2)窗口層ZnO過(guò)渡層CdS光吸收層CIGS金屬背電極Mo玻璃襯底低阻AZO高阻ZnO金屬柵電極減反射膜(MgF2)金屬柵電極減反射膜(MgF2)

20、金屬柵電極窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極光吸收層CIGS光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS光吸收層CIGS窗口層ZnO過(guò)渡層CdS光吸收層CIGS金屬柵電極減反射膜(MgF2)金屬柵電極減反射膜(MgF2)金屬柵電極窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極金屬柵電極減反射膜(MgF2)金屬柵電極減反射膜(MgF2)金屬柵電極窗口層ZnO減反射

21、膜(MgF2)金屬柵電極金屬柵電極減反射膜(MgF2)金屬柵電極減反射膜(MgF2)金屬柵電極窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極金屬背電極Mo光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬

22、柵電極過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極金屬背電極Mo光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極金屬背電極Mo光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極玻璃襯底金屬背電極Mo光吸收層CIGS過(guò)渡層CdS窗口層ZnO減反射膜(MgF2)金屬柵電極CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理l減反射膜：增加入射率lAZO： 低阻，高透，歐姆接觸li-ZnO：高阻，與CdS構(gòu)成n區(qū)lCdS： 降低帶隙的不連續(xù)性，緩 沖晶格不匹配問(wèn)題lC

23、IGS： 吸收區(qū)，弱p型，其空間電 荷區(qū)為主要工作區(qū)lMo: CIS的晶格失配較小且熱膨 脹系數(shù)與CIS比較接近銅銦鎵硒（銅銦鎵硒（CIGS）太陽(yáng)電池制備主要設(shè)備及主要測(cè)試設(shè)備：）太陽(yáng)電池制備主要設(shè)備及主要測(cè)試設(shè)備：磁控濺射設(shè)備：磁控濺射設(shè)備：制備Mo電極、CuInGa合金預(yù)制層、本征i-ZnO和攙雜AL-ZnO(ITO)透明導(dǎo)電層、上電極硒化裝置：硒化裝置：對(duì)CuInGa合金預(yù)制層進(jìn)行硒化，形成型的吸收層CuInxGa1-xSe2水浴反應(yīng)槽：水浴反應(yīng)槽：制備過(guò)渡層CdS或ZnS測(cè)試設(shè)備主要有：測(cè)試設(shè)備主要有：臺(tái)階儀，SEM，XRD, RAMAN、分度光透射儀、I-V分析系統(tǒng)等銅銦鎵硒（銅銦鎵

24、硒（CIGS）太陽(yáng)電池制造工藝路）太陽(yáng)電池制造工藝路線線 清潔基膜單元或多元磁控濺射沉積硒化防護(hù)膜隨機(jī)檢測(cè)印刷切割檢測(cè)組裝檢測(cè)包裝。CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的制備薄膜太陽(yáng)能電池的制備CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的底電極Mo和上電極n-ZnO一般采用磁控濺射磁控濺射的方法,工藝路線比較成熟最關(guān)鍵的吸收層的制備有許多不同的方法，這些沉積制備方法包括:蒸發(fā)法、濺射后硒法、電化學(xué)沉積法、噴涂熱解法和絲網(wǎng)印刷法補(bǔ)充:磁控濺射1.襯底溫度保持在約350 左右，真空蒸發(fā)In，Ga，Se三種元素，首先制備形成(In，Ga)Se預(yù)置層。2.將襯底溫度提高到550一580，共蒸發(fā)Cu，Se，形成表面富Cu的薄膜。3.保持

25、第二步的襯底溫度不變，在富Cu的薄膜表面再根據(jù)需要補(bǔ)充蒸發(fā)適量的In、Ga、Se，最終得到的薄膜。三步共蒸發(fā)法 現(xiàn)在CIGS組件處于產(chǎn)業(yè)化初級(jí)階段，主要是美國(guó)、德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家公司。其工藝各具特色，主要采用的都是真空濺射技術(shù)，區(qū)別主要是制備CIGS吸收層的部分工藝差別。下表給出了主要公司生產(chǎn)工藝比較?？梢钥闯觯钪髁餍问绞菫R射金屬預(yù)制層后硒化工藝。該工藝對(duì)濺射設(shè)備防腐要求低，維護(hù)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過(guò)程更容易控制。也有采用四元化合物靶直接濺射CIGS的研究，由于設(shè)備防腐要求高，吸收層存在缺陷，濺射后仍需要熱退火處理，這種方法現(xiàn)階段沒(méi)有表現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)。 CIGS國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)近20年的

26、努力,我國(guó)在光伏發(fā)電技術(shù)的研究方面，開(kāi)發(fā)儲(chǔ)備了一定的技術(shù)基礎(chǔ),先后在實(shí)驗(yàn)室制備出了晶硅高效電池，多晶硅電池，非晶硅電池，以及CdTe和CIGS等等。國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展CIGS研究的是南開(kāi)大學(xué)，先后承擔(dān)了國(guó)家“十五”“863”等重點(diǎn)課題。在“銅銦硒太陽(yáng)能薄膜電池實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與中試線”和天津市的支持下，南開(kāi)大學(xué)光電子薄膜器件與技術(shù)研究所的研究取得了關(guān)鍵性突破，其采用共蒸發(fā)法制備的CIS薄膜電池效率在2003年達(dá)到了12.1%。2008年12月，位于天津?yàn)I海新區(qū)的“國(guó)家863銅銦硒薄膜太陽(yáng)電池中試基地”研制出2936cm2的CIGS太陽(yáng)電池組件，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7%。最近幾年，國(guó)內(nèi)也有一些單位，如清華大學(xué)、北京大

27、學(xué)、華東師范大學(xué)等，也在開(kāi)展CIS、CIGS薄膜太陽(yáng)能電池制備工藝方面的研究工作,但是整體水平與國(guó)外的差距是非常大的。3、CIGS薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)用展望薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)用展望CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的底電極Mo和上電極n-ZnO一般采用磁控濺射的方法，工藝路線比較成熟。最關(guān)鍵的吸收層的制備必須克服許多技術(shù)難關(guān)，目前主要方法包括：共蒸發(fā)法、濺射后硒化法、電化學(xué)沉積法、噴涂熱解法和絲網(wǎng)印刷法等。現(xiàn)在研究最廣泛、制備出電池效率比較高的是共蒸發(fā)和濺射后硒化法，被產(chǎn)業(yè)界廣泛采用。本征缺陷、雜質(zhì)、錯(cuò)配等均可影響CIGS材料的性能。制備性能優(yōu)良的CIGS太陽(yáng)能電池，要盡量提高電池器件短路電流、開(kāi)路電壓、包括填充因子等。由于CIGS吸收層優(yōu)異的光電特性，其短路電流一般可達(dá)3040mA/cm2，決定短路電流的另一個(gè)主要因素就是電池器件的串聯(lián)電阻，主要由上下電極的體電阻，各層接觸電阻構(gòu)成。制備器件工藝中，主要需要優(yōu)化Mo電極、低阻ZnO的制備工藝，包括各層之間的匹配。作為異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池，控制其結(jié)特性將是制備高效電池核心。制備性能優(yōu)良CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵是提高器件的開(kāi)路電壓。主要是盡可能減少器件的短路現(xiàn)象(漏電)。關(guān)鍵是要提高器件的并聯(lián)電阻。影響并聯(lián)電阻的主要因素有：電池內(nèi)部缺陷、晶粒小、導(dǎo)致晶界過(guò)多、晶粒