CIGS薄膜太阳能电池.pptx

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1、CIGS薄膜太阳能电池简述CIGS薄膜太阳电池因其具有极薄的吸收层、极高的光吸收系数、可调节的禁带宽度、较高的稳定性和较低的成本，越来越受到光伏行业的重视。目前，CIGS太阳电池在实验室中的转换效率已达到19.5%。其很可能成为未来光伏市场上薄膜电池的主力军。早就有人预言20世纪60年代以后，石油会逐渐枯竭。过去几年间，石油价格飙升了10倍。就在最近一个月，成品汽油价格涨到8元/升以上，这意味着我需要更多的去开发新能源。核能和太阳能是最具有发展前景的新能源。但自从日本发生了核泄漏之后，人们开始意识到，太阳能是最安全和

2、最环保的一种新能源。薄膜太阳能光伏电池以其低成本吸引了越来越多来自光伏业的关注，Si系薄膜、CIGS系薄膜、有机薄膜和CdTe系薄膜成为了研究的热点。其中铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池具有高光吸收系数、高转化效率、可调的禁带宽度、高稳定性、较强的抗辐射能力等优点，被认为是第三代太阳能电池主要材料（第一代单晶硅，第二代多晶硅、非晶硅）并已有产品进入太阳能电池市场。小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率2008年3月刷新为19.5%，由美国可再生能源实验室采用三步蒸发法制备。大面积电池组件转化效率及产量根据各公司

3、制备工艺不同而有所不同，一般在10%~15%范围内。各公司CIGS薄膜太阳能电池产能发展虽然国外CIGS薄膜太阳能电池己经迈入了商业生产阶段，但我国的技术还处于实验室阶段。南开大学光电子研究所CIGS课题组玻璃衬底的CIGS薄膜太阳电池转换效率为15.3%，柔性不锈钢衬底上的转换效率为12.1%[3]，处于国内领先水平，但还是落后于欧美及日木的研究水平。CIGS太阳电池结构典型的CIGS薄膜太阳电池的结构，其主要有：基底（玻璃，柔性衬底）、背电极Mo（0.5~1.5um）、吸收层CIGS（1.5~2um）、缓冲层Cd

4、S（0.03~0.05um）、透明导电层i-ZnO（0.05~0.09um）和n-ZnO:Al（0.35~0.50um）、上电极Ni/Al（0.05~3.00um）、减反层MgF2（0.1um)。主要工艺背电极Mo（直流溅射）、吸收层CIGS（蒸发或后硒化）、缓冲层CdS（化学水浴CBD）、透明导电层（真空溅射）、上电极Ni/Al（蒸发或溅射）、减反层MgF2（蒸发或溅射）。CIGS吸收层CIGS是直接带隙材料，已知的半导体材料中光吸收系数最大，最适合薄膜化。CIGS膜厚度1~2um时就可以将太阳光全部吸收，大大降低

5、了材料的成本，而多晶硅膜太阳电池其膜厚通常在20~30um。CIS等其他黄铜矿结构能容忍较大的化学计量比偏差，其最大的优点是多晶CIS具有与其单晶相类似的电学特性，因此CIS基太阳能电池对杂质、粒径以及晶体缺陷不如其他电池那么敏感。CIGS是由Ga取代CIS中部分的In得到黄铜矿结构的四元化合物，因此能进行带隙剪裁。太阳能理想的吸收禁带宽度为1.45~1.5eV，而CIGS的禁带宽度可在1.02~1.68eV范围内调整，这就为薄膜太阳电池最佳带隙的优化提供了新的途径。可带隙调整是相对于Si系和CdTe系太阳电池的最大

6、优势。研究发现随着掺Ga量从0到0.34，转化效率提高，进一步增加Ga的量，转化效率反而降低。此外，掺Ga可提高薄膜的附着力，但同时也会降低短路电流（Jsc）和填充因子（FF），因此掺Ga量需要优化，实验证明Ga/In+Ga≈0.3比较适合。掺杂少量的钠也可以改善CIGS薄膜的形貌及导电性能，因此钠钙玻璃常常用来作CIGS电池的基板，玻璃中的钠可以通过Mo电极扩散到CIGS吸收层从而改善CIGS性能。少量钠掺杂有利于硒化并诱发缺陷的分布，提高薄膜的P型导电性;过量的钠掺杂会降低转化效率，因为形成NaIn(Se,S)2

7、相，增大阻抗[8]；合适的钠掺杂在0.1%原子分数量级。此外，钠的掺杂将可能使得CIGS晶界易于氧化和钝化，而且表而含钠的薄膜便易于氧化，因此对CIGS的长期稳定性来说可能不利。CIGS吸收层结构CIGS薄膜只有在单一的黄铜矿结构下能具有较好的光学特性和电学特性。为得到高效率的CIGS薄膜，对其晶向也会进行选择。现在的制备中大多数选择生长优先方向为（112）的薄膜，也有一部分选择优先方向为（220）/（204）的薄膜。对于那种方向生长的更好，目前业界没有一个准备的解释。不过可以肯定的是，要制备可以用作太阳电池的CIG

8、S薄膜，一定是具有黄铜矿结构的，并且其晶向在单一情况下最好。研究已经表明，在（112）为优先生长晶向的薄膜中生长少许（220）/（204）晶向结构，无助于提高CIGS薄膜特性。CIGS吸收层制备工艺CIGS吸收层的制备方法很多，这些沉积制备方法主要分为真空法和非真空法。其中，真空法包括：蒸发法、后硒化法；非真空法包括：电镀法、喷涂热丝法和丝网印