CIGSS薄膜太阳电池的现状和展望.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com现代材料动态2007年第2期在测试温度下，计算出的氧分压如下：871℃，PO2=8．13X10大气压927℃，PO2=2．47X10大气压982℃，PO2=6．78X10大气压在982"C时，碳的丢失量明显增大，即使测试时间很短，碳的丢失也非常严重。(杨英惠摘译)CIGSS薄膜太阳电池的现状和展望CuIn1．xGaxSe2．ySy(CIGSS)太阳电池组件的效率可同“低端”结晶Si电池组件效率相比较。过去lO年中，全球PV(光状)电池(太阳电池)和组件的生产量以平均35％，年以上的速度增长，2004年生产量已超过IGW，仍以结晶Si(C．

2、Si)电池为主。但由于多晶Si持续短缺，专家预言：C．Si组件生产峰值(达到饱和)的产量为3---4GW／~；今后lO年内薄膜太阳电池的生产将明显增加。2004年，全球CIGSS和C【GS(Culn1．Ga,,Se2)薄膜PV组件生产情况如下：She11Solar：2MW；Gl0balSolar；0．5MW；WiirlzSolar；1．3MW。2005年5月，WiirtzSolar宣布，建成一个新的生产线，其CIGS组件的生产能力达15MW，投资约5500万欧元。最近，日本的ShowaShe11Sekiyu宣布，计划建造一CIGS薄膜太阳电池生产厂，将于2007年初投产，最终产能达20

3、MW／年。目前，CIGS电池最高转换效率为l9．5％，商品组件的效率为9．4~／~11％，而C．Si电池组件的效率为l1．1‰16．9％，绝大多数为l2．7％一l3．5％，但CrG-S电池组件还有较大改进余地。CIGSS薄膜电池，这种电池的结构为：I1型ZnO：Al(350~500nm)／；$：征ZnO(50---90nm)／n型CdS(5Onm)／P型CIGSS(0．8～2．51)／Mo(350~900rma)／玻璃。衬底除玻璃外还可用不锈钢或钛箔。·CIGS电池的衬底和背接触钠钙玻璃(SLG)是CIGS电池较好的村底，两者热胀系数很匹配；SLG的热胀系数为9X10—6／K，CIS为

4、(】1．2q1．4)×l／K(垂直于c轴)和(7．9~8．6)X10／K(沿C轴)。用Mo作背接触是因为：它在“恶劣”的反应条件(含se、含s蒸汽、准液相高温加工)下很稳定，也不会引入n型杂质补偿CIGSS的P型掺杂。M0层沉积一般用直流(DC)磁控溅射法。在大功率溅射和低压下所沉积Mo膜有致密的微结构和内压缩应力，如在小溅射功率和高压下，则所得M0膜中具有张应力。C16S膜在它上面的粘附和织构取向与M0膜层中内应力和织构取向有关。但加入微量Na可以改进CIGS膜的结晶学性质和掺杂行为。Na可从SLG衬底穿过M0膜扩散进去。所以，M0层沉积加工要仔细优化以适合于加吸收层。美国国家可再生

5、能源实验室(NREL)的工艺是：先沉积“敞开式结构的M0层，随后沉积一层致密层以便于Na层扩散，并不故意掺Na。过多的Na剂会使CIGS的性质恶化。有些研究单位为使Na的外扩散降至最少，在玻璃和MD膜之间生长一阻挡层或缓冲层(Si。N或SiO~)并加入适量的Na。也有的用NaF蒸发的办法掺入适量的Na。Wada等用截面透射电镜(TEM)观察到M0背接触和用共蒸发法制备的CIGS层之间界面上有M0Se2层和非晶层，但在高压还是在低压下生长M0层所制电池没有明显差别。在透明导电氧化物(TCO，例如氧化铟锡一ITO层)和CIGS层之间插入一薄的M0se2层可制出效率3维普资讯http://w

6、ww.cqvip.com20@7年第2期较高的光电化学电池。有意硒化的MeSe2背接触可提高电池转换效率，并在IT0／M0se2背接触上制出了效率11．896的CIGS太阳电池。最新研究结果证明：薄、不透明的金属Mo层可转变为透明的MoSe2半导体层，其带隙为1．2eV，利用这一方法在ZnO：AI／MoS~背接触上制出效率接近13．4％的电池。这说明：M0se缓冲层有利于n型TCO层制备准欧姆接触。·CIGSS吸收层在含Cu24％-24．5％这一窄的组份范围内存在0L相(CulnSez)，用Ga代替In可以扩大OL相的组份范围并可提高其带隙，电池开路电压(roe)的增加与带隙增大呈超线

7、性(Ga／In+Ga)比，X0．3)关系。双cu空位和间隙In原子的复合体(2VCu，In∞)是一种稳定缺陷并贡献P型浅受主。这样，可以调整cu缺位而保持材料的电学性质不变。体和表面态进行良好钝化后，其理论转换效率为21．7％，而由于晶界态导致的损失为996。并入微量Na可改进CIGS的形貌，提高其电导率还可扩展0L—CIS相的组份范围。加入Na，可得到Cu／In~Ga比值0．92--0．56，电池效率14％以上。过量Na