第九讲_CIGS薄膜太阳能电池共20页PPT资料
合集下载
CIGS薄膜太阳能电池共22页
CIGS的材料特性
Ga/(Ga+In)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：
CuIn1-xGaxSe2能隙： Eg=1.02+0.67x-0.14x(1-x)eV
试验中选择的x既要考虑增加禁带宽度使其更适合于 AM1.5的太阳光谱，也要考虑收集效率以及光谱响应范 围。转换率较高的x范围是0.25<Ga/(Ga+In)<0.33
随着Cu／In比例的增大，薄膜的方块电阻减小
高效率CIGS吸收层特征
高吸收率的Ga分布
CIGS薄膜太阳能电池的结构金属栅电极减反射膜(MgF2) 窗口层ZnO 过渡层CdS 光吸收层CIGS
低阻AZO 高阻ZnO
金属背电极Mo 玻璃衬底
CIGS薄膜太阳能电池的结构
CIGS薄膜太阳能电池异质结能带图
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/cm量级
通过掺入适量的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
结构原理
孔洞:该缺陷的形成可能与挥发相Il2se的 形成有关，加快元素se在预制膜中的扩散 可以避免该相形成
细小晶粒层:该细小晶粒层的出现与Ga元 素的富集有关
Mo（直流溅射双层膜）
要求： 1.与CIGS形成良好欧姆接触 2.与CIGS的晶格失配较小且
膨胀系数与CIGS比较接近 3.较好的反光性能 4.电阻率小且与玻璃基板的附着性好
非晶硅薄膜太阳能电池PPT课件
• 有机薄膜太阳能电池
2021/8/6
2
• 其他
第2页/共23页
薄膜太阳能电池用导电银胶银浆（一）
• 太阳能电池导电银胶导电银浆型号及用途
• UNINWELL国际作为世界高端光电胶粘剂的领导品牌，公司以“您身边的 高端光电粘结防护专家”为服务宗旨。公司开发的导电银胶、导电银浆、 红胶、底部填充胶、TUFFY胶、LCM密封胶、UV胶、各向异性导电胶、 太阳能电池导电浆料等九大系列光电胶粘剂具有最高的产品性价比，公司 在全球拥有近百家世界五百强客户。最近，UNINWELL国际与上海常祥实 业强强联合，共同开发中国高端光电胶粘剂市场。 UNINWELL国际是全 球贴片胶产品线最齐全的生产企业，其产品性能优异,剪切力强,流变性也很 好,并且吸潮性低，适用于LED、大功率LED、LED数码管、LCD、TR、IC、 COB、PCBA、EL冷光片、显示屏、晶振、石英谐振器、晶体管、太阳能 电池、光伏电池、蜂鸣器、陶瓷电容等各种电子元件和组件的封装以及粘 结等。电子元器件、集成电路、电子组件、电路板组装、液晶模组、触摸 屏、显示器件、照明、通讯、汽车电子、智能卡、射频识别、电子标签、 太阳能电池等领域。
2021/8/6
10
第10页/共23页
• 低成本
• 单结晶硅太阳电池的厚度。
• 主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷，这种气体，化学 工业可大量供应，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太阳能电池的原材 料本约（效率高于6%）
• 且晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200多倍，大规模
生产需极大量的半导体级，仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的
2021/8/6
13
第13页/共23页
非晶硅太阳能电池存在的问题
CIGS薄膜太阳能电池幻灯片PPT
转换效率:
太阳能电池的工作原理
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,降低昂贵的材料本钱
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正确匹配
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
因为存在内建电场， 使得电子在空间电荷区中 各点有附加电势能，从而 使结区的能带发生弯曲。
由于组成异质结的这 三种半导体材料的介电常 数不同，内建电场在不同 半导体材料的交界面是不 连续的，因此导带和价带 在界面处也不连续
CIGS薄膜太阳能电池异质结能带图
在坡型带隙构 造中，梯度带隙层 内存在内电场的作 用，使外表附近被 激发的少数载流子 向结方向漂移，缓 和了外表复合的影 响。
替代物：ZnS / ZnSe/In2S3
构造原理
CIGS(共蒸发法、后硒化法，共建立法〕
作用： 吸收区，弱p型，其空间电荷区为主要工作区
CIGS薄膜技术：单一相，结晶品质好 吸收层与金属有良好的欧姆接触，易制造 CIGS足够的厚度，且厚度小于载子扩散长度 CIGS为多晶构造，故要求缺陷少，降低复合速度 CIGS外表平整性好，促进良好接面状态
CIGS薄膜太阳能电池幻 灯片PPT
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的工作原理
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,降低昂贵的材料本钱
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正确匹配
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
因为存在内建电场， 使得电子在空间电荷区中 各点有附加电势能，从而 使结区的能带发生弯曲。
由于组成异质结的这 三种半导体材料的介电常 数不同，内建电场在不同 半导体材料的交界面是不 连续的，因此导带和价带 在界面处也不连续
CIGS薄膜太阳能电池异质结能带图
在坡型带隙构 造中，梯度带隙层 内存在内电场的作 用，使外表附近被 激发的少数载流子 向结方向漂移，缓 和了外表复合的影 响。
替代物：ZnS / ZnSe/In2S3
构造原理
CIGS(共蒸发法、后硒化法，共建立法〕
作用： 吸收区，弱p型，其空间电荷区为主要工作区
CIGS薄膜技术：单一相，结晶品质好 吸收层与金属有良好的欧姆接触，易制造 CIGS足够的厚度，且厚度小于载子扩散长度 CIGS为多晶构造，故要求缺陷少，降低复合速度 CIGS外表平整性好，促进良好接面状态
CIGS薄膜太阳能电池幻 灯片PPT
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的工作原理
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制备 ppt课件
不同溅射功率下制备的CIGS薄膜的SEM表面和截面照片
• (a,d) 80W, (b,e) 120W,
(c,f)160W
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制 备
谢谢！
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制 备
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制 备
太阳能电池的短路电流既 光生电流，是指在一定的 温度和辐照度条件下，光 伏发电器在端电压为零时 的输出电流。分析短路电 流最直接的方法就是对不 同波段的光所产生的光生 电子空穴对数量进行积分 ，并计算出每一波段所产 生的电流，将电流求和， 最终得到的总电流就是其 短路电流。
吸收层CIGS(化学式CuInGaSe2)是 薄膜电池的核心材料,属于正方晶系 黄铜矿结构。具有复式晶格,晶格常 数a=0.577nm,c=1.154nm。作为 直接带隙半导体,其光吸收系数高达 10^5量级(几种薄膜太阳能材料中 较高的)。禁带宽度在室温时是 1.O4eV,电子迁移率和空穴迁移率 分别为3.2X10^2(cm2/V·S)和 1X10(cm2/V·S)
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制 备
370℃时制备的CIGS薄膜的XRD图
• 结论：370℃溅射的
CIGS薄膜致密均匀,光 滑平整,结晶性较好,具 有较强的(220)/(204) 面择优取向。在磁控 溅射的过程中,适当的 提高衬底的温度,可以 获得结晶性较好的薄 膜。
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制 备
采用玻璃,也有的采用不同材料的柔性箔
片作为材料。
• 背电极：在洁净的衬底上沉积1到1.5um的金属铝 • 吸收层：在铝电极上沉积1.6到2.0um的CIGS • 缓冲层：在吸收层上依次制备厚60一100nm的硫化锡 • 窗口层：在缓冲层上沉积100nm左右的本征氧化锌层 • 减反层和铝电极：沉积厚600nm左右的掺铝氧化锌层和银
《薄膜太阳能电池》幻灯片
地熱
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
Rooftop CdTe薄膜太陽電池“Cadmium TellurideThin-film Solar Cell”
SAGFirst Solar ----CdTe Rooftop
• CIGS非真空製程技術雖具有降低成本以及提高材料使用率的 優點，但各方式都具有難以克服的關鍵問題皆仍待解決。如 CIGS晶粒成長…等。結
瓶頸
CIGS薄膜太陽能電池雖具有高效率、低本钱、大面積與可撓性等 潛力優勢，但還有許多需要抑制的問題接踵而來： 製程複雜、技術選擇百家爭鳴，且供應練相當分歧，各站並無制 式化設備放大製程之均質性不佳，良率變化大
Need of raw material
Thin-film solar cells
非晶矽薄膜太陽電池製造流程
非晶矽薄膜太陽電池製造流程( 玻璃基材)
非晶矽薄膜太陽電池製造流程 (玻璃基材)
Thin film Si:H challenges
➢Increasing deposition rate (from 0.1 nm/s to 10 nm/s!), including compatible doped layers ➢Enhance the Isc (absorption, light trapping) ➢Improving stabilized device performance ➢Understanding fundamental physics: low Voc, shunt behavior, light-induced defect creation
GaAs Multijuction(多接面砷化 鎵)
铜铟稼硒太阳能电池 ppt课件
2005年是CIGS薄膜电池产业化快速发展的一年。日本的Showa Shell和Honda Motor分别建立了20MW/a和27.5M W/a的生产线。德国 Wurth公司的15MW生产线也宣布投产，到2007年CIGS电池全球产能达 到了70MW。然而，与其他材料光伏电池相比，CIGS薄膜电池的发展 是处于中试向产业化开发阶段。大面积CIGS薄膜电池的研究进展见表 6.2，其中包括了目前生产线制造出的最高水平CIGS电池组件。从表中 可以看出，以CIGS组件效率已经接近晶体压组件水平，近一步的发展 需要提高电池的产量和成品率。
ppt课件
7
ppt课件
8
ppt课件
9
小面积CIGS薄膜太阳电池性能得以显著提高的主要原因:①S和Ga的掺人
不仅增加了吸收层材料的带隙，还可控制其在电池吸收层中形成梯度带隙
分布，调整吸收层与其他材料界面层的能带匹配，优化整个电池的能带结
构。②用CBD法沉积CdS层和双层ZnO薄膜层取代蒸发沉积厚CdS窗口层
吸收层沉积工艺容忍度，梯度带隙的引入库增加了开路电压而保持着电流 密度，为CIGS薄膜电池效率的进一步提高奠定了基础。
1994年，美国国家可再生能源实验室 (NREL)在小面积CIGS电池研究 领域取得突破，这主要归因于“三步共蒸发工艺”的成功应用。1994年， 使用“三步法工艺”制备的CIGS太阳电池的转换效率达到了15.9%.器件 结构如图6.4所示，这也是至今为止高效率CIGS薄膜电池的典型结构。 1994年至今， NREL研制的小面积CIGS电池处于绝对领先地位，电池效 率稳步提高，见表6.1。2008年报道的转换效率达到了19.9%，是当前世界 上转换效率最高的薄膜太阳电池。
ppt课件
12
ppt课件
7
ppt课件
8
ppt课件
9
小面积CIGS薄膜太阳电池性能得以显著提高的主要原因:①S和Ga的掺人
不仅增加了吸收层材料的带隙，还可控制其在电池吸收层中形成梯度带隙
分布，调整吸收层与其他材料界面层的能带匹配，优化整个电池的能带结
构。②用CBD法沉积CdS层和双层ZnO薄膜层取代蒸发沉积厚CdS窗口层
吸收层沉积工艺容忍度，梯度带隙的引入库增加了开路电压而保持着电流 密度，为CIGS薄膜电池效率的进一步提高奠定了基础。
1994年，美国国家可再生能源实验室 (NREL)在小面积CIGS电池研究 领域取得突破，这主要归因于“三步共蒸发工艺”的成功应用。1994年， 使用“三步法工艺”制备的CIGS太阳电池的转换效率达到了15.9%.器件 结构如图6.4所示，这也是至今为止高效率CIGS薄膜电池的典型结构。 1994年至今， NREL研制的小面积CIGS电池处于绝对领先地位，电池效 率稳步提高，见表6.1。2008年报道的转换效率达到了19.9%，是当前世界 上转换效率最高的薄膜太阳电池。
ppt课件
12
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制备ppt
03
cigs薄膜太阳能电池制备工艺
制备步骤及主要设备
准备阶段
选择合适的衬底，进行抛光处理和清洗。
薄膜制备
利用化学气相沉积或物理气相沉积技术，在衬底上制备 吸收层。
制绒处理
通过化学或物理方法，对吸收层表面进行处理，形成绒 面结构。
薄膜层制备
在制绒处理后的吸收层表面上制备薄膜层。
测试与封装
进行性能测试和可靠性验证，封装成完整的太阳能电池 。
高光电转换效率
CIGS薄膜太阳能电池的光电转换效 率较高，可达到15%以上。
长寿命
CIGS薄膜太阳能电池具有长寿命和 稳定的性能表现，可达到20年以上 。
良好的耐候性
CIGS薄膜太阳能电池具有良好的耐 候性，可在各种恶劣环境下使用。
绿色环保
CIGS薄膜太阳能电池生产过程中不 产生有害物质，同时报废后易于回 收利用。
可以利用cigs薄膜太阳能电池为环境监测设 备供电，同时监测设备的传感器可以实时监 测环境参数。
06
结论与展望
主要研究结论
建立了基于MOFs的Cigs薄膜太阳能电池的制备方案 揭示了Cigs薄膜的形貌、结构与光电性能之间的关系
确定了最佳制备条件，包括前驱体浓度、热解温度和 气氛等
发现Cigs薄膜太阳能电池的效率达到10%以上，具有 较高应用前景
压力
化学气相沉积和物理气 相沉积过程中，压力会 影响薄膜的致密性和晶 体结构。
气体流量与组 成
化学气相沉积过程中， 气体流量与组成会影响 薄膜的成分和结构。
沉积时间
化学气相沉积和物理气 相沉积过程中，沉积时 间会影响薄膜的厚度和 晶体结构。
激光功率与扫 描速度
制绒处理过程中，激光 功率与扫描速度会影响 绒面结构和吸收性能。
薄膜太阳能电池课件
• 薄膜太阳能电池中硅基薄膜电池、碲化镉（CdTe）薄膜电池、砷化镓（GsAs）薄膜电池、 铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池属于第二代太阳能电池，起步较早，且技术已经达到较高的成 熟度，不仅在实验室取得丰硕的研究成果，而且已投入使用并占一定的市场份额。
PPT学习交流
5
PPT学习交流
6
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
CIGS太阳能电池结构示意图
PPT学习交流
7
吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
PPT学习交流
CIGS黄铜矿和ZnS闪锌矿的结构 8
CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大
PPT学习交流
5
PPT学习交流
6
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
CIGS太阳能电池结构示意图
PPT学习交流
7
吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
PPT学习交流
CIGS黄铜矿和ZnS闪锌矿的结构 8
CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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、
CIGS薄膜太阳能电池的结构
金属栅电极
减反射膜(MgF2) 窗口层ZnO 过渡层CdS 光吸收层CIGS
低阻AZO 高阻ZnO
金属背电极Mo 玻璃衬底
结构原理
减反射膜：增加入射率 AZO： 低阻，高透，欧姆接触 i-ZnO：高阻，与CdS构成n区 CdS： 降低带隙的不连续性，缓
冲晶格不匹配问题 CIGS： 吸收区，弱p型，其空间电
• 所谓第三代太阳能电池就是高效、低成本、可大 规模工业化生产的铜铟镓硒(CIGS)等化合物薄膜 太阳能电池（注：第一代为单晶硅太阳能电池， 第二代为多晶硅、非晶硅等低成本太阳能电池）,
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
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电池的最高效率记录，并
2019年，将Ga代替部分In的CIGS太阳能电池的效率达到了18.8%，2019年更提高到 19.9%
• 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犹显其优异性能.
IGS太阳能电池研究现状
• 在20世纪90年代, CIGS薄膜太阳能电池得到长足 的发展, 日本NEDO（新能源产业技术开发机构） 的太阳能发电首席科学家东京工业大学的小长井 诚教授认为: 铜铟镓硒薄膜太阳能电池是第三代 太阳能电池的首选, 并且是单位重量输出功率最高 的太阳能电池。
CIGS 薄膜太阳能电池
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(In1xGax)Se2的形式，具有黄铜矿相结构，是CuInSe2和 CuGaSe2的混晶半导体。
CIGS的光学性质及带隙
• CIS材料是直接带隙材料，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0.15一0.24eV
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能带的失调值对电池的影 响
电子亲合能不同,产生导带底失调值 △Ec和价带失调值△Ev
禁带宽度可调: △Ec>0或<0
讨论:对负的△Ec而言，由于窗口 层和吸收层界面之间的复合，将降 低开路电压; △Ec>0的能带结构对 提高电池的转换效率有利。当 △Ec>O.5eV以后，开路电压明显 下降，同时短路电流也急剧下降.高 效电池△Ec的理想范围在0-0.4eV 之间，一般以0.2-0.3ev为宜
ＣＩＧＳ 薄膜太阳 能电池发 展的历程
太阳能电池的分类
按
硅基太阳能电池 主要:GaAs CdS CIGS
制
备
多元化合物薄膜
材
太阳能电池
料 的 不
有机聚合物太阳 能电池
目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池
同
纳米晶太阳能电池
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
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
CIGS的性能不是Ga越多性能越好的，因为短路电流是随 着Ga的增加对长波的吸收减小而减小的。
当x=Ga/(Ga+In)<0.3时，随着的增加，Eg增加， Voc也 增加;
x=0.3时带隙为1.2eV;当x>0.3时，随着x的增加，Eg减小， Voc也减小。
G.Hanna等也认为x=0.28时材料缺陷最少，电池性能最 好。
荷区为主要工作区 Mo: CIS的晶格失配较小且热膨
胀系数与CIS比较接近
CIGS薄膜电池的异质结机理
• CIGS电池的实质：窗口-吸收体结构的异质p-n结 太阳能电池
N区
ZnO (n) (3.2eV)
CdS (n) (2.4eV)
CIGS(弱p) (1.0~1.7eV)
光
内建电场
光生电流（电压）