CIGS薄膜太阳能电池.ppt

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1、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池报告人:陈腾单位:半导体研究所前言资源紧缺环境污染气候变暖风能潮汐地热核能太阳能太阳能最具潜力:取之不尽用之不竭太阳能电池的出现及发展成为必然资源紧缺环境污染气候变暖风能潮汐地热核能太阳能资源紧缺环境污染气候变暖风能潮汐地热核能太阳能太阳能最具潜力:取之不尽用之不竭资源紧缺环境污染气候变暖风能潮汐地热核能太阳能太阳能电池的出现及发展成为必然太阳能最具潜力:取之不尽用之不竭资源紧缺环境污染气候变暖风能潮汐地热核能生物能太阳能太阳能电池的简介薄膜太阳能电池CIGS制备工艺的简介太阳能电池发展进程18世纪,英国亚当斯等发现Se中的“光生伏特”现象二战至70年代，不受

2、重视，缓慢甚至停止的研究阶段70年代，石油危机迫使欧美日制定太阳能开发计划80年代，低谷期，大量经费削减，主要形式为热水器1996年，津巴布韦“世界太阳能高峰会议”，支持力度加大，太阳能研究在全球范围展开2000年至今，全球光伏产业高速发展时期太阳能电池的工作原理光生伏特效应输出特性转换效率:转换效率:太阳能电池的分类按制备材料的不同硅基太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池有机聚合物太阳能电池纳米晶太阳能电池主要:GaAsCdSCIGS目前,综合性能最好的薄膜太阳能电池硅基太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池有机聚合物太阳能电池硅基太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池纳米晶太阳能电池有机聚合物太阳能

3、电池硅基太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池纳米晶太阳能电池有机聚合物太阳能电池硅基太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池纳米晶太阳能电池有机聚合物太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池硅基太阳能电池纳米晶太阳能电池有机聚合物太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池硅基太阳能电池纳米晶太阳能电池有机聚合物太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池硅基太阳能电池纳米晶太阳能电池有机聚合物太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池目前,综合性能最好的薄膜太阳能电池主要:GaAsCdSCIGS目前,综合性能最好的薄膜太阳能电池主要:GaAsCdSCIGS目前,综合性能最好的薄膜太阳能电池硅基太阳能电池纳米晶太阳能电池有机聚合物太阳

4、能电池多元化合物薄膜太阳能电池主要:GaAsCdSCIGS目前,综合性能最好的薄膜太阳能电池CIGS电池的发展历史及研究现状70年代Bell实验室Shaly等人系统研究了三元黄铜矿半导体材料CIS的生长机理、电学性质及在光电探测方面的应用1974年，Wagner利用单晶ClS研制出高效太阳能电池,制备困难制约了单晶ClS电池发展1976年，Kazmerski等制备出了世界上第一个ClS多晶薄膜太阳能电池80年代初，Boeing公司研发出转换效率高达9.4%的高效CIS薄膜电池80年代期间，ARCO公司开发出两步(金属预置层后硒化)工艺，方法是先溅射沉积Cu、In层，然后再在H２Se中退火反应生

5、成CIS薄膜，转换效率也超过10%1994年，瑞典皇家工学院报道了面积为0.4cm２效率高达17.6%的ClS太阳能电池90年代后期，美国可再生能源实验室(NREL)一直保持着CIS电池的最高效率记录，并1999年，将Ga代替部分In的CIGS太阳能电池的效率达到了18.8%，2008年更提高到19.9%ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池发展的历程CIGS的晶体结构CuInSe2黄铜矿晶格结构CuInSe2复式晶格:a=0.577,c=1.154直接带隙半导体，其光吸收系数高达105量级禁带宽度在室温时是1.04eV，电子迁移率和空穴迁移率分3.2X102(cm2/V·s)和1X10(cm2/V·s)通过

6、掺入适量的Ga以替代部分In，形成CulnSe2和CuGaSe2的固熔晶体Ga的掺入会改变晶体的晶格常数，改变了原子之间的作用力,最终实现了材料禁带宽度的改变，在1.04一1.7eV范围内可以根据设计调整，以达到最高的转化效率自室温至810℃保持稳定相,使制膜工艺简单,可操作性强.CIGS的电学性质及主要缺陷富Cu薄膜始终是p型，而富In薄膜则既可能为p型，也可能为n型。n型材料在较高Se蒸气压下退火变为p型传导;相反，p型材料在较低Se蒸气压下退火则变为n型CIS中存在上述的本征缺陷，影响薄膜的电学性质.Ga的掺入影响很小.CIGS的光学性质及带隙CIS材料是直接带隙材料，电子亲和势为4.5

7、8eV，300K时Eg=1.04eV，其带隙对温度的变化不敏感，具有高达6xl05cm-1的吸收系数.黄铜矿系合金Cu(In,Ga,Al)Se2,其带隙在1.02eV-2.7eV范围变化，覆盖了可见太阳光谱In/Ga比的调整可使CIGS材料的带隙范围覆盖1.0一l.7eV，CIGS其带隙值随Ga含量x变化满足下列公式其中，b值的大小为0.15一0.24eVCIGS的性能不是Ga越多性能越好的，因为