铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状及发展趋势

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1、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状及发展趋势陈裕佳指导教师：杨春利(西安建筑科技大学华清学院材料090401号)摘要：介绍了薄膜太阳能电池结构、性能特点以及目前在研究和生产过程中铜铟镓硒电池的制备方法；阐述了铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术的优点，及其存在的问题和未来的前景。关键词：铜铟镓硒，太阳能电池，薄膜ResearchProgressandDevelopmentTendencyofCu(In，Ga)Se2(CIGS)ThinFilmSolarCellsChenYuJiatutor：YangChunLi(Xi'anUnivers

2、ityofArchitectureandTechnologyHuaqingCollege)Abstract：TheconstructionsandperformancecharacteristicsofthinfilmsolarcellsbasedonCu(In+Ga)Se2areintroduced，includingtheirfabricationandtechnologicalprocesses．Abriefdescriptionoftechnologicaladvantages，andtheproblemandpro

3、spectinthefutureonCIGS。Keywords：Cu(In，Ga)Se2，solarcell，thinfilmbydanzigae第11页1概述第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS（CIS中掺入Ga）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分

4、之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池，是近几年研究开发的热点。此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对于外观有较高要求场所的理想选择。小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率2010年8月刷新为20.3%，由德国太阳能和氢能研究机构ZSW采用共蒸镀法制备。大面积电池组件转化效率及产量根据各公司制备工艺不同而有所不同，一般在10%~15%范围内。2铜铟镓硒薄膜太阳能电池的结构铜铟镓硒太阳能电池是20世纪80年代后期开发出来的新型太阳能电池，其典型结构为多层膜结构，包括金属栅电极Al/窗口层n+-ZnO/异质结n型

5、层i-ZnO/缓冲层或过渡层CdS/光吸收层CIGS/背电极Mo/玻璃衬底等。CIGS作为吸收层是CIGS薄膜太阳能电池的关键材料。ClGS材料有优良的光学性能，转换率很高，但是由于CIGS由四种元素组成，对元素配比敏感，由于多元晶格结构、多层界面结构、缺陷以及杂质等的存在增加了制备技术的难度，而且对设备的精度和稳定性要求较高，因此目前还没有实现大规模工业化生产。CIGS由CIS(铜铟硒)发展而来，CulnSe2bydanzigae第11页属于一、三、六族化合物。它是由二、六族化合物衍化而来，其中第二族元素被第一族Cu与第三

6、族1n取代而形成三元素化合物，室温下CuInSe2的晶体结构为黄铜矿结构。与二、六族化合物的闪锌矿结构类似，Cu和In原子规则地填人原来第二族原子的位置。因此可以将该结构视为由两个面心立方晶格套构而成：一个为阴离子Se组成的面心立方晶格，一个为阳离子(Cu、In)对称分布的面心立方晶格，即阳离子次晶格上被Cu和In原子占据的几率各50%，这种晶格的c/a值一般约为2。这种结晶结构的化合物在高温时原子容易活动移位，尤其是Cu和In原子，此时两者不再有规则的排列，因而呈现立方结构。CulnSe2相存在的化学组成区间为7％(mol

7、)，这意味着即使偏离定比组成(Cu：In：Se=1：1：2)一定程度，只要化学组成仍在该区间内，该材料依然具有黄铜矿结构以及相同的物理及化学特性。但是一旦偏离定比组成，材料中将会产生点缺陷。而一，三、六族化合物的本征点缺陷如空位、间隙、错位种类可达12种之多，这些点缺陷会在禁带中产生新能级，如同外加杂质一样影响材料的光伏特性。在CulnSe2基础上，掺杂Ga元素，使Ga取代部分同族的In原子构成CIGS。通过调节Ga/(Ga+In)可以改变CIGS的带隙，调节范围为1.04eV到1.72eV。CIGS仍然是黄铜矿结构，具有C

8、IS所有性能上的优点，且可灵活地调整和优化禁带宽度。还可在膜厚方向调整Ga的含量，形成梯度带隙半导体，在更大的范围内吸收太阳光，吸收效率更高。3CIGS的性能优点CIS、CIGS是直接带隙的半导体材料，因此电池中所需的CIS、CIGS薄膜厚度很小(一般在2μm左右)，它的吸收系数非常高，达