第九講薄膜太陽(yáng)能電池演示文稿

第九講薄膜太陽(yáng)能電池演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四優(yōu)選第九講薄膜太陽(yáng)能電池現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS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H２Se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0.4cm２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%

ＣＩＧＳ薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)展的歷程現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四太陽(yáng)能電池的分類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)能電池納米晶太陽(yáng)能電池主要:GaAsCdSCIGS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)能電池目前,綜合性能最好的薄膜太陽(yáng)能電池主要:GaAsCdSCIGS目前,綜合性能最好的薄膜太陽(yáng)能電池主要:GaAsCdSCIGS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:GaAsCdSCIGS目前,綜合性能最好的薄膜太陽(yáng)能電池現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS的晶體結(jié)構(gòu)CuInSe2黃銅礦晶格結(jié)構(gòu)CuInSe2復(fù)式晶格:a=0.577,c=1.154直接帶隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)高達(dá)105量級(jí)禁帶寬度在室溫時(shí)是1.04eV，電子遷移率和空穴遷移率分3.2X102(cm2/V·s)和1X10(cm2/V·s)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Ga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)化效率自室溫至810℃保持穩(wěn)定相,使制膜工藝簡(jiǎn)單,可操作性強(qiáng).現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS的電學(xué)性質(zhì)及主要缺陷富Cu薄膜始終是p型，而富In薄膜則既可能為p型，也可能為n型。n型材料在較高Se蒸氣壓下退火變?yōu)閜型傳導(dǎo);相反，p型材料在較低Se蒸氣壓下退火則變?yōu)閚型CIS中存在上述的本征缺陷，影響薄膜的電學(xué)性質(zhì)

.Ga的摻入影響很小.現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS的光學(xué)性質(zhì)及帶隙CIS材料是直接帶隙材料，Cu(In,Ga,Al)Se2,其帶隙在范圍變化，覆蓋了可見太陽(yáng)光譜In/Ga比的調(diào)整可使CIGS材料的帶隙范圍覆蓋1.0一l.7eV，CIGS其帶隙值隨Ga含量x變化滿足下列公式其中，b值的大小為0.15一0.24eVCIGS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。當(dāng)x=Ga/(Ga+In)<0.3時(shí)，隨著的增加，Eg增加，Voc也增加;x=0.3時(shí)帶隙為1.2eV;當(dāng)x>0.3時(shí)，隨著x的增加，Eg減小，Voc也減小。

G.Hanna等也認(rèn)為x=0.28時(shí)材料缺陷最少，電池性能最好?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS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)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)金屬柵電極現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四結(jié)構(gòu)原理減反射膜：增加入射率AZO：低阻，高透，歐姆接觸i-ZnO：高阻，與CdS構(gòu)成n區(qū)CdS：降低帶隙的不連續(xù)性，緩沖晶格不匹配問(wèn)題CIGS：吸收區(qū)，弱p型，其空間電荷區(qū)為主要工作區(qū)Mo:CIS的晶格失配較小且熱膨脹系數(shù)與CIS比較接近現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS薄膜電池的異質(zhì)結(jié)機(jī)理CIGS電池的實(shí)質(zhì)：窗口-吸收體結(jié)構(gòu)的異質(zhì)p-n結(jié)太陽(yáng)能電池光CIGS(弱p)(1.0~1.7eV)CdS(n)(2.4eV)ZnO(n)(3.2eV)N區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)光生電流（電壓）現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS能帶的失調(diào)值對(duì)電池的影響電子親合能不同,產(chǎn)生導(dǎo)帶底失調(diào)值△Ec和價(jià)帶失調(diào)值△Ev禁帶寬度可調(diào):△Ec>0或<0討論:對(duì)負(fù)的△Ec而言，由于窗口層和吸收層界面之間的復(fù)合，將降低開路電壓;△Ec>0的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)提高電池的轉(zhuǎn)換效率有利。當(dāng)△Ec>O.5eV以后，開路電壓明顯下降，同時(shí)短路電流也急劇下降.高效電池△Ec的理想范圍在0-0.4eV之間，一般以為宜現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)材料吸收率高,吸收系數(shù)高達(dá)105量級(jí),直接帶隙,適合薄膜化,電池厚度可做到2~3微米,降低昂貴的材料成本光學(xué)帶隙可調(diào).調(diào)制Ga/In比,可使帶隙在1.0~1.7eV間變化,可使吸收層帶隙與太陽(yáng)光譜獲得最佳匹配抗輻射能力強(qiáng).通過(guò)電子與質(zhì)子輻照、溫度交變、振動(dòng)、加速度沖擊等試驗(yàn),光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不變.在空間電源方面有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力穩(wěn)定性好,不存在很多電池都有的光致衰退效應(yīng)電池效率高.小面積可達(dá)19.9%,大面積組件可達(dá)14.2%弱光特性好.對(duì)光照不理想的地區(qū)猶顯其優(yōu)異性能.現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIGS太陽(yáng)能電池研究現(xiàn)狀

在20世紀(jì)90年代,CIGS薄膜太陽(yáng)能電池得到長(zhǎng)足的發(fā)展,日本NEDO（新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)）的太陽(yáng)能發(fā)電首席科學(xué)家東京工業(yè)大學(xué)的小長(zhǎng)井誠(chéng)教授認(rèn)為:銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池是第三代太陽(yáng)能電池的首選,并且是單位重量輸出功率最高的太陽(yáng)能電池。所謂第三代太陽(yáng)能電池就是高效、低成本、可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的銅銦鎵硒(CIGS)等化合物薄膜太陽(yáng)能電池（注：第一代為單晶硅太陽(yáng)能電池，第二代為多晶硅、非晶硅等低成本太陽(yáng)能電池）,考慮太陽(yáng)能為綠色的能源和環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素,發(fā)展前景將會(huì)十分廣闊?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四CIS薄膜的制備CIS薄膜的制備方法多種多樣,大致可以歸為三類:CuIn的合金過(guò)程和Se化分離；Cu、In、Se一起合金化；CuInSe2化合物的直接噴涂。主要的制備技術(shù)包括:真空蒸鍍、電沉積、反應(yīng)濺射、化學(xué)浸泡、快速凝固技術(shù)、化學(xué)氣相沉積、分子束外延、噴射熱解等。其中蒸鍍法所制備的CIS太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高。另外,電沉積工藝也以其簡(jiǎn)單低廉的制作過(guò)程得到了廣泛研究,有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用前景

現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有17頁(yè)\編輯于星期四問(wèn)題以及前景CIS光伏材料優(yōu)異的性能吸引世界眾多專家研究了20年,直到2