铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池简介

来源： 蚂蚁光伏

这种以铜铟镓硒为吸收层的高效薄膜太阳能电池，简称为铜铟镓硒电池CIGS电池。其典型结构是：Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2。（多层膜典型结构：金属栅/减反膜/透明电极/窗口层/过渡层/光吸收层/背电极/玻璃） CIGS薄膜电池组成可表示成Cu(In1-xGax)Se2的形式，具有黄铜矿相结构，是CuInSe2和CuGaSe2的混晶半导体。 

一、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电池的最高效率纪录，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：

二、太阳能电池的分类

三、CIGS的晶体结构

四、CIGS的电学性质及主要缺陷

五、CIGS的光学性质及带隙

六、CIGS的电池结构

七、结构原理

八、CIGS薄膜电池的异质结机理

九、CIGS能带的失调值对电池的影响

十、CIGS薄膜太阳能电池的优点

•材料吸收率高,吸收系数高达105量级,直接带隙,适合薄膜化,电池厚度可做到2~3微米,降低昂贵的材料成本；

•光学带隙可调.调制Ga/In比,可使带隙在1.0~1.7eV间变化,可使吸收层带隙与太阳光谱获得最佳匹配；

•抗辐射能力强.通过电子与质子辐照、温度交变、振动、加速度冲击等试验,光电转换效率几乎不变.在空间电源方面有很强的竞争力；

•稳定性好,不存在很多电池都有的光致衰退效应；

•电池效率高.小面积可达19.9%,大面积组件可达14.2%•弱光特性好.对光照不理想的地区尤显其优异性能。

十一、CIS 薄膜的制备

•CIS薄膜的制备方法多种多样,大致可以归为三类:  CuIn的合金过程和Se化分离；Cu、In、Se一起合金化；CuInSe2化合物的直接喷涂。

•主要的制备技术包括:真空蒸镀、电沉积、反应溅射、化学浸泡、快速凝固技术、化学气相沉积、分子束外延、喷射热解等。其中蒸镀法所制备的CIS太阳能电池转换效率最高。另外,电沉积工艺也以其简单低廉的制作过程得到了广泛研究,有相当的应用前景

十二、CIGS薄膜太阳能电池的制备

十三、问题以及前景

•CIS光伏材料优异的性能吸引世界众多专家研究了20年 ,直到2000年才初步产业化,其主要原因在于工艺的重复性差,高效电池成品率低。CIS(CIGS)薄膜是多元化合物半导体,原子配比以及晶格匹配性往往依赖于制作过程中对主要半导体工艺参数的精密控制。目前,CIS薄膜的基本特性及晶化状况还没有完全弄清楚,无法预测CIS材料性能和器件性能的关系。CIS膜与Mo衬底间较差的附着性也是成品率低的重要因素。同时在如何降低成本方面还有很大空间。以上这些都是世界各国研究CIS光伏材料的发展方向

最具有潜力的薄膜太阳能吸收层材料-铜铟镓硒（CIGS）