薄膜光伏材料铜铟镓硒CIGS的研究进展-例文
铜铟镓硒
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池技术综述一、薄膜太阳电池概术铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池由于效率高、无衰退、抗辐射、寿命长、成本低廉等特点，是备受人们关注的一种新型光伏电池产品，经过近30年的研究和发展，其光电转化效率为所有已知薄膜太阳能电池中最高的。
而且其光谱响应范围宽，在阴雨天条件下输出功率高于其他任何种类太阳电池，因而成为最有前途的光伏器件之一。
铜铟镓硒CuInSe2（简称CIS）薄膜材料是属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物直接带隙半导体，光吸收系数达到105量级，薄膜厚度约为1-2μm就能吸收太阳光，其禁带宽度为1.02eV。
通过掺入适量的Ga元素以代替部分的In，成为CuInSe2与CuGaSe2（简称CGS）的固溶半导体CuIn1-xGaxSe2（简称CIGS）。
CIGS电池在制作过程中，通过控制不同的Ga掺入量，其禁带宽度可在1.02-1.67eV范围内调整，这就为太阳能电池的带隙优化提供了很好的途径。
二、国内外研究现状（一）国外研究进展CIGS薄膜太阳电池材料与器件的实验室技术在发达国家趋于成熟，大面积电池组件和量产化开发是CIGS电池目前发展的总体趋势，而柔性电池和无镉电池是近几年的研究热点。
美国国家可再生能源实验室（NREL）在玻璃衬底上利用共蒸发三步工艺制备出最高效率达19.9%的电池。
这种柔性衬底CIGS太阳电池在军事上很有应用前景。
近期，CIGS小面积电池效率又创造了新的记录，达到了20.1%，与主流产品多晶硅电池效率相差无几。
美国NREL和日本松下电器公司在不锈钢衬底上制备的CIGS电池效率均超过17.5%；瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）的科学家AyodhyaN.Tiwari领导的小组经过多年努力，完善了之前开发的柔性不锈钢衬底太阳能电池，实现了18.7%的效率。
由美国能源部国家光伏中心与日本“新能源和工业技术开发机构（NEDO）”联合研制的无镉CIGS电池效率达到18.6％。
电沉积铜铟镓硒太阳能电池的研究进展
・２ ５ ７・
还原 电位调 整到 一Ｏ ． ６ ５ ～ 一１ ． ２ ９ Ｖ（ ｖ ｓ ． Ｐ ｔ ） ， 电沉 积 获得 了表 面质量 比较 好 的 Ｃ Ｉ ＧＳ薄膜 。
一
２ Ｃ Ｉ ＧＳ薄 膜 的 制 备 方 法
２ Ｏ 世纪 ７ Ｏ年代 Ｗ ａ ｇ ｎ ｅ ｒ等Ｅ ］ 利 用 Ｃｕ ｌ ｎ Ｓ ｅ 单 晶 制备 出 了最 早 的 Ｃ Ｉ Ｓ太 阳能电池 ， 其 效率 可 以达到 １ ２ 。随着 技术
还 出现 了适 合工业 生产 的顺 序 电沉积 和简化 电沉 积方 法 ， 下
上， 但这 ２种技 术 的设 备 成 本 比较 高 ， 不 能 充 分显 示 出其 低
成本 的优势 。
面分别 介绍具 有 代 表 性 的研 究 机构 所 开 发 的 电 沉 积制 备 技
术。
铜 铟镓 硒半 导体材 料 的缺陷形 成 能 比较 低 ， 能 形 成本 征 缺陷 的 自掺 杂 ， 而且理 论计 算 和实 验表 明 ， ２个铜 空 位 Ｖ 和
的发 展多 晶薄膜 电池成 为 了主要 的 发展 方 向 ， 相继 出现 了共
步 电沉积 技术 经过 ２ ０多 年 的发 展其 效 率仍 远 低 于真
空方法 ， 一 个非 常关 键 的因素是 一 步 电沉积 薄 膜容 易 形 成 富 铜 的化 学计 量 比。而要 获得 高转 换效 率 ， 薄 膜 就应 该 符 合化 学 计量 比或 者略微 贫铜 ， 因而一 步 电沉 积 的薄 膜需 要 通 过进
Ｓ Ｃ Ｐ、 Ｓ ＧＲ等 机 构合 作 开 发低 成 本 Ｃ ｕ （ Ｉ ｎ ， Ｇａ ） （ Ｓ ， Ｓ ｅ ） ２电沉
积技 术 。该项 目用 刚性 Ｍｏ玻璃 为衬底 ， Ｎａ Ｓ Ｏ 作 基础 电解 液， Ｃｕ和 Ｉ ｎ的硫 酸盐 、 Ｓ ｅ ０ 为原料 ， 一 步 电沉 积得 到 富铜 薄 膜， Ｃｕ ／ Ｉ ｎ原 子 比为 １ ． １ ～１ ． ２ ， 富铜 的 Ｃｕ Ｓ ｅ相通 过 ＫＣ Ｎ 溶 液刻 蚀后 Ｃ ｕ ／ Ｉ ｎ原 子 比接 近 １ ， 热 处 理后 薄 膜 生 成 比较 理 想
铜铟镓硒薄膜太阳能电池
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展现状、存在问题及发展趋势摘要本文主要介绍了铜铟镓硒薄膜太阳电池的性能、优点以及阐述了该种电池的国内外发展历史、现状和未来发展趋势。
CIS(CIGS)薄膜太阳能电池以其廉价、高效、接近于单晶硅太阳电池的稳定性和较强的空间抗辐射性能等优点而成为最具潜力的第三代太阳电池材料。
其中,吸收层CIGS材料是影响电池光电转化效率的关键因素，大量的研究发现,高质量的CIGS薄膜应具有较好的致密性及较大的晶粒以减少晶界缺陷,且材料的元素化学计量比偏离越小,薄膜的结晶程度、元素组分均匀性以及光学和电学特性就越好,对电池转换效率的提高也就越有利。
所以精确控制吸收层CIGS薄膜的成分比例,对于CIGS薄膜材料和器件的研究极为重要。
当前研究者们已采用多种方法来达到了这种要求,但最成功的方法一直是多源蒸发法，用该方法制备的电池效率已达到了19.5%[1]。
目前,国内所制备的CIGS太阳能电池的效率也已经超过了14%，可见CIGS薄膜是一种很有发展前途的太阳能电池材料。
关键词铜铟镓硒，薄膜，太阳能电池，吸收层1国内外发展历史当前能源危机和传统能源对环境造成的污染日益严重,开发清洁、可再生的能源显得日益重要。
而太阳能由于清洁无污染,取之不尽,用之不竭,因此开发利用太阳能成为世界各国可持续发展能源的战略决策,无论是发达国家还是发展中国家均制定了中长期发展计划,把光伏发电作为人类未来能源的希望。
铜铟镓硒薄膜(CIGS)太阳能电池由于转换效率较高、制作成本较低、没有性能衰减等优良特性而日益受到人们的广泛关注。
20世纪70年代发展起来的铜铟镓硒，简写为CIGS薄膜太阳电池, 属于多晶化合物半导体异质结太阳电池, 其前身为铜铟硒，简写为CIS太阳电池。
早在1974年,Wagner 等人研究了n 型硫化镉- p 型铜铟硒太阳电池, 其光电转换效率高达12%左右[2]。
实际上,这就是CIGS太阳电池的早期雏形。
由于在早期研究中CIS 太阳电池表现了优异光电特性, 使各国科学家在随后的20多年里开展了广泛深入的研究。
薄膜太阳能铜铟镓硒(CIGS)技术广被看好
■Ｉ
Ｄ ＳＲ Ｓ ＲＮ ＳＩ ｌ ＵＴＹ Ｅ Ｄ 行业 动态 Ｎ Ｔ
硒
南 京 冠 亚 电 源 设 备 有 限 公 司成功融资
７月 ２ 日下午 ， 京 冠亚 电源 设 备 有 ８ 南 限 公司 （ 下 简称 “ 亚 电源 ” 在 南京 金 陵 以 冠 ） 会 议 中心 与 外 资 Ｐ Ｅ基 金 — — 麦 顿 投 资就 增 资 扩股 事 宜签 订 了协 议 。 同时 ， 司 与南 公
让 价 格 及 股 权 销 售 价 ，而 近 期 也 收 到 诸 多相 关企 划 书 。 目前 全 球 ＣＧＳ代 表 厂 有 德 国 Ｉ Ｗ ｕｔ、 ｒ 日本 Ｓ ｌｒｏ ｔ ｒ前 Ｓ ｏ ｈ ｌ等 。 台湾还 有升 阳科 转 投 资 新 能 、 阳 等 。 ｈ ｏａｆ ｎｉ （ ｒ ｅ ｈ ｗａＳ ｅ１ ） 绿
尚德 公 司 为 东 南 亚 地 区 最 大 的 太 阳 能 电 站 提供 ３ ． ４ ５兆 瓦 组 件
以 ８月 ５ 曰 ， 尚德 电 力控 股 有 限 公 京 高 新技 术 产业 开 发 区管理 委 员 会 （ 下简 称“ 高新 区管 委 会 ”签订 了投 资合 作 协 议 。 ） 司 宣 布 ， 为泰 国 乃 至东 南 亚 地 区最 将
铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究
铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长，传统能源资源的枯竭和环境问题的日益严重，寻找清洁、可再生的能源已成为人类社会发展的迫切需求。
太阳能作为一种无限、无污染的可再生能源，越来越受到人们的关注。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池作为一种高效、低成本的太阳能电池技术，在近年来得到了广泛的研究和应用。
本文旨在全面深入地探讨铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状、发展趋势以及面临的挑战，以期为相关领域的研究者和技术人员提供有益的参考和启示。
本文将对铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本原理和性能特点进行详细介绍，以便读者对其有一个清晰的认识。
然后，本文将重点分析铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展，包括材料制备、结构设计、性能优化等方面，以及目前面临的主要问题和挑战。
在此基础上，本文将探讨铜铟镓硒薄膜太阳能电池的未来发展趋势，包括新型材料、新工艺、新技术等方面的研究和应用前景。
本文还将对铜铟镓硒薄膜太阳能电池在可再生能源领域的应用价值和前景进行展望，以期为推动该领域的发展提供有益的参考。
二、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本原理与结构铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池是一种基于多元金属硫化物吸收层的光伏器件，具有高效、低成本和环境友好等特点。
CIGS太阳能电池的基本原理是光电效应，即太阳光照射到电池表面时，光子被吸收层中的金属硫化物吸收并激发出电子-空穴对，这些载流子在电池内部电场的作用下分离并收集，从而产生光生电流。
透明导电层：通常采用氟掺杂氧化锡（FTO）或铟锡氧化物（ITO）等透明导电材料，用于收集光生电子并传输到外电路。
CIGS吸收层：是电池的核心部分，由铜、铟、镓和硒等元素组成的多元金属硫化物，具有较宽的吸收光谱和较高的光电转换效率。
缓冲层：位于CIGS吸收层与透明导电层之间，通常采用硫化镉（CdS）或硫化锌（ZnS）等材料，用于减少界面复合和提高电池性能。
金属背电极：通常采用铝（Al）或银（Ag）等金属材料，用于收集光生空穴并传输到外电路。
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池效率经研究达到20%以上
６ ６
浙 江 电 力
２１ ０ ０年 第 １ ０期
同产 煤 区 选 择 若 干 家 具 有 典 型 代 表 性 的 火 电企
业 ，开 展 试 点 。二 是 要 开 展 除 汞 技 术 示 范 ，尽 快 制 定 和论 证 试 点 方 案 ，力 争 明年 开 展 试 点 工 程 ．
铜铟镓硒 （ Ｉ ） Ｃ ＧＳ 薄膜 太 阳 能 电池 效 率 经 研 究 达 到 ２ ％ 以 上 ０
协 会 太 阳能 系 统 研 究 所 （ ｒｕ ｈ ｆｒ Ｓ 对 该 新 成 Ｆａ ｎ ｏｅ Ｅ） Ｉ
威 胁 人 类 健 康 。在 过 去 的 十 几 年 间 ， 界 范 围 内 世
环境 中汞 的 浓 度持 续 上 升 ， 已经 引 起 各 国政 府 和 环 保 组 织 的 极 大关 注 成 为 继 气候 变 化 问 题 后 的 又 一 个 全 球 环 境 问题 据 估 算 ， 球 人 为 汞排 放 全 的 ４ ％来 自燃 煤 火 电 行业 已经 成 为 汞 污 染 控 制 ５
１ 发 电 量
２ 供 电 量
（ ）０ ０年 ９月 浙 江 电 网 用 电 量 ２ １ ０ ２ ３ ３ １２ １ ５ ７ ．５万 ｋ Ｗｈ， 比 上 年 同 期 增 长 ｌ ．３ ，年 度 累 计 ２４ ％
１ ５ １ ．３万 ｋ 最 高 Ｅ 用 电 量 ８ ９ ．４万 ｋ ７ ９ ３５ ４６ ｗｈ ｔ ３ ３６２ ｗｈ，平 均 日用 电 量 ７ ６ ５ ７ ｌ ７ ．８万 ｋ 。 Ｗｈ （ ）０ ０年 ９月 浙 江 电 网最 高 负荷 为 ３９ ６万 ｋ ，出现 在 ８ 日 １ ：５时 ，比上 年 同期 增 长 １ ．６ ２２ １ ９ Ｗ ０２ ７９ ％，
该 电池 面 积 为 ０５ｍｍ 。Ｃ Ｇ ． Ｉ Ｓ半 导 体 层 与 接 触 层 总 厚 度 仅 为 ４Ｉ ｚ ． ｍ，是 标 准 硅 电池 的 １ ０ ／ 。 ５ Ｚ Ｗ 董 事 兼 光 伏 发 电 部 门 主 管 Ｍｉ ａｌＰ ｗ ｌ Ｓ ｃ ｅ ｏ ａｌ ｈ ａ 博 士 表 示 ，Ｃ ＧＳ实 验 室 研 究 人 员 采 用 经 改 良 的 Ｉ 共 蒸 镀 技 术 进 行 电池 制造 ，原 则 上 可 实 现 放 大 并 应 用 于 商 业 生 产 。德 国位 于弗 莱 堡 的弗 劳 恩 霍 夫
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展现状以及应用前景
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展现状以及应用前景
铜铟镓硒（Copper indium gallium selenide，简称CIGS）是一
种多元化合物，具有很高的太阳能转化效率和较低的制造成本，因此在太阳能电池领域具有广阔的应用前景。
CIGS薄膜太阳能电池的发展现状：
1. 高效率：CIGS太阳能电池在太阳光转化效率方面有很大优势，实验室内已经达到了记录级的2
2.9%的转化效率。
2. 高稳定性：CIGS太阳能电池的稳定性得到了显著提高，可
以在长时间的使用中保持高效率。
3. 制造成本下降：CIGS太阳能电池的制造成本较低，尤其是
相对于传统的硅太阳能电池来说，具有更低的材料成本和制造工艺成本。
4. 柔性：CIGS太阳能电池可以制备成柔性薄膜，适用于各种
形状的曲面和可弯曲应用场景。
CIGS薄膜太阳能电池的应用前景：
1. 太阳能电池板：CIGS薄膜太阳能电池板可以应用于建筑物
表面、车顶、广告牌等空间有限的地方，充分利用阳光资源。
2. 移动设备：CIGS薄膜太阳能电池可以制成柔性薄膜，适用
于手机、平板电脑等移动设备的充电，提供便捷的电力来源。
3. 无人机和航天器：CIGS薄膜太阳能电池的高效率和轻量化
特性使其成为无人机和航天器的理想能源来源，延长了使用时间和行程。
4. 农业和农村电力供应：CIGS薄膜太阳能电池可以在农田上
布置，为农业用电提供清洁能源，同时可以解决农村地区的电力供应问题。
总的来说，CIGS薄膜太阳能电池具有高效率、低成本、柔性和广泛的应用领域，未来有望在太阳能电力领域取得更大的发展。
CIGS薄膜太阳能电池研究新进展
２ ５ ８
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
２ ０ １ ３ 年９ 月 第３ ４ 卷第５ 期
ＣＩ ＧＳ 薄膜太 阳能 电池研 究新进展
刘 晓剑 ，王玲 ，王宏芹 ，万超
（ １ ． 哈尔滨工业 大学 ，黑 龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ； ２ ． 中国电器 科学研究院有 限公司 ，广东 广州 ５ １ ０ ３ ０ ０ ）
Ｋ ｅ ｙ Ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｃ Ｉ Ｇ Ｓ ； Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ； Ｆ ｉ ｌ ｍ
Ｄ ｏ ｃ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ｄ ｅ ： Ａ Ａｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｉ Ｄ ： １ ０ ０ １ － ３ ４ ７ ４ ， ２ ０ １ ３ ， ０ ５ － ０ ２ ５ ８ － ０ ６
单 晶硅 、多 晶硅 以及非 晶硅硅 系太 阳能 电池在
示 。Ｃ Ｉ Ｇ Ｓ 薄膜太阳能电池与ＣＩ Ｓ 系 、ｓ ｉ 系５ ￣ ［ Ｉ Ｃｄ Ｔ ｅ 系薄 膜 电池相比其性能具 有如下显著 的优点 ：
（ １ ）Ｃ Ｉ Ｇ Ｓ 是 由Ｇ ａ 取 代Ｃ Ｉ Ｓ 中部分 的Ｉ ｎ 得 到黄铜
太 阳能 电池领域 占据 着不可 撼动 的地 位 ，化 合物半
其他 类型 的太 阳能 电池难 以望其 项背 ，然 而其高 昂
的 制备成 本使其 只 能应用于 高层 次不 计成本 的特殊 场合 ，如 太 空和军事 等领域 。在 各领 风骚 的太 阳能 电池阵容 中 ，铜 铟镓硒 （ Ｃ Ｉ ＧＳ ）薄膜 太阳能 电池以 其 较高 的转换 效率 、稳定 的性 能以及 广 阔的应 用前
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｄ ｉ ｕ ｍ ｇ ａ ｌ ｌ ｉ ｕ ｍ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｉ ｄ ｅ ｌ Ｃ Ｉ Ｇ Ｓ ） ｔ ｈ ｉ ｎ ｆ ｉ ｌ ｍ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｓ ｐ ｒ ｕ ｎ ｇ ｕ Ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ
CIGS薄膜太阳能电池简要介绍和发展现状
结构特点及优势
01
结构特点
02
CIGS薄膜太阳能电池通常由多层薄膜组成，包括前电极、窗 口层、CIGS吸收层、背电极等。
03
各层之间通过物理或化学方法紧密结合，形成一个连续且稳 定的结构。
结构特点及优势
高效率
CIGS薄膜太阳能电池的转换效率 较高，目前实验室最高效率已达 到23%以上。
稳定性好
CIGS材料具有良好的化学稳定性 和热稳定性，能够在高温和恶劣 环境下保持性能稳定。
生产效率与规模
电镀法和喷涂法具有较快的沉积速率和较大的生产规模潜力，适用于大规模生产。而真 空蒸发法生产效率相对较低，更适合于小批量、高精度生产。
04
CIGS薄膜太阳能电池性能评价
光电转换效率
01
CIGS薄膜太阳能电池的光电转换 效率已达到较高水平，实验室条 件下的最高效率已超过20%。
02
通过优化材料组成、改进制备工 艺和引入新型结构等方法，CIGS 薄膜太阳能电池的光电转换效率 仍有提升空间。
喷涂法制备的薄膜质量相对较低，需要进一步优化工 艺参数和提高材料性能。
不同制备方法比较
设备成本与工艺复杂度
真空蒸发法和电镀法需要较为昂贵的设备和复杂的工艺控制，而喷涂法设备简单、成本 低廉。
薄膜质量与性能
真空蒸发法制备的薄膜质量较高，电镀法和喷涂法制备的薄膜质量相对较低，但可通过 优化工艺参数加以改善。
通过调整蒸发源的加热温度和蒸 发速率，可以精确控制薄膜的成 分和厚度。
03
设备成本高
真空蒸发法需要高真空设备和精 密的控制系统，因此设备成本较 高。
电镀法
电解液中的沉积
01
在含有CIGS离子的电解液中，通过施加电流使离子在基板上还
铜铟(镓)硒薄膜太阳电池吸收层制备研究
Ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｃ ｕ Ｉ ｎ （ Ｇａ ） Ｓ ｅ
ｔ ｈ ｉ ｎ ｉｌ ｆ ｍｓ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ
Ｌ Ｉ Ｌ ｉ — ｂ ｏ ， Ｐ ＥＩ Ｆ ｅ ｎ ｇ － ｗｅ ｉ ， Ｗ ＡＮＧ Ｈｅ ｎ ｇ ， ＹＡ Ｎ Ｇ Ｘｉ ｕ － ｃ ｈ ｕ ｎ ， Ｔ Ｉ ＡＮ Ｈａ ｉ — ｙ ａ ｎ
点成为了近年来 电池研究的热点。介绍 了目前 国内外 制备 Ｃ ｕ ｌ ｎ （ Ｇ ａ ） Ｓ ｅ薄膜 的方 法 ， 包括真 空蒸法 ， 溅 射法、 电沉积法 ， 溶剂热法 ， 溶胶凝胶 法等 ， 阐述 了每种方 法制备出的铜铟 （ 镓 ） 硒薄膜 的组成 、 微观结构 、 光伏性能及它们之 间的联 系。 关键词 ： 铜铟 （ 镓 ） 硒； 薄膜 ； 太 阳电池 ； 制备 中图分类号 ： Ｔ Ｍ ９ １ ４ ． ４ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ２ — ０ ８ ７ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ — ０ ５ ７ ２ — ０ ４
ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ．
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｃｕ ｌ ｎ （ Ｇａ ） Ｓ ｅ ； 州 ｍ： ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ； ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 自７ ０年代 以来 ， 为 了大幅度 降低太 阳 电池 的成本 ， 光伏 界一 直在研究开发 薄膜太阳 电池 ， 开发 出了硅 基薄膜 电池 、 碲 化镉薄 膜电池 ， 铜铟硒（ Ｃ Ｉ Ｓ ） 或铜铟镓硒（ Ｃ Ｉ ＧＳ ） 薄膜 电池 等。目 前， Ｃ Ｉ ＧＳ类薄膜 太 阳电池 的转换效率 可达 １ ９ ． ９ ％ｔ “ ， 具有 低成 ８ ． ５ ％ｌ ５ ｌ 。与 国际上研 究开发力度 和规模 相 比较 ，国 内对 Ｃ Ｉ ＧＳ 太 阳电池 的研发 并不 太多 、 研究 力量不 足 ， 但是 近几 年来 ， 一 些企业和 研究机构 对 Ｃ Ｉ ＧＳ太 阳电池表 现出较 大 的热 情 以及 资金投入 的积 极性 ， 也取 得了可喜 的成 果 。因此 ， 本文将要 介 绍 目前 国内外制备 Ｃ ｕ ｌ ｎ （ Ｇ ａ ） Ｓ ｅ薄膜 的方法 ， 阐述每 种方法 制 备 出的铜铟 （ 镓） 硒薄 膜的组 成 、 微观结 构 、 光伏 性 能及它 们
铜铟镓硒太阳能电池材料的制备与性能研究
铜铟镓硒太阳能电池材料的制备与性能研究随着人们对可再生能源的需求逐渐增加，太阳能作为一种清洁、可再生的能源得到了广泛关注。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池因其光电转换效率高、生产成本低等优势逐渐成为研究的热点。
本文将就CIGS太阳能电池材料的制备以及相关性能研究进行探讨。
**1. 制备过程**CIGS太阳能电池的制备通常通过薄膜沉积工艺实现。
一种常见的方法是使用真空蒸发工艺，将铜、铟、镓、硒等多种材料依次蒸发到基底材料上，形成CIGS薄膜。
在薄膜形成后，进行热处理以形成结晶结构并提高其光电特性。
此外，还可以采用溶液法、喷雾法等制备CIGS薄膜，这些方法在提高生产效率和降低制备成本方面具有潜在优势。
**2. 结构与组成**CIGS薄膜通常为多层结构，包括玻璃基底、导电氧化物薄膜、CIGS吸收层、缓冲层和金属载流子层等。
其中，CIGS吸收层是整个太阳能电池的关键部分，其元素配比和结晶质量直接影响电池的性能表现。
**3. 光电性能**CIGS太阳能电池具有良好的光电转换效率，这得益于其近理想的光吸收特性和长寿命的载流子。
通过调节CIGS薄膜的晶格缺陷及优化界面特性，可以改善其光电性能。
此外，研究人员还在探索提高CIGS太阳能电池的稳定性和可靠性，以满足实际应用的需求。
**4. 可持续性发展**CIGS太阳能电池材料的制备及性能研究不仅关乎能源产业的发展，还涉及到环境保护和可持续发展。
相比于传统化石能源，太阳能电池产生的环境影响更小，而CIGS太阳能电池具有更高的能源利用效率，未来有望成为清洁能源的重要组成部分。
**5. 结语**随着能源行业的发展和技术的进步，CIGS太阳能电池材料的制备与性能研究将继续得到更深入的探索和改进。
我们对此持乐观态度，相信CIGS太阳能电池将在未来的能源领域发挥重要作用，为人类社会的可持续发展贡献力量。
柔性铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池的研究进展
化合 物 薄膜 太 阳 电 池 。虽 然 硅 基 薄膜 太 阳 电池 产 德 国太 阳能 和 氢 能 研究 机 构 （ Ｚ Ｓ Ｗ） 等 均 在 含 钠 ０ ％的 Ｃ Ｉ Ｇ Ｓ 业化程度高 ，但 光 电转换效率低 、寿命短 、稳定 玻璃 基板 上制 备 出光 电转 换效 率 超 过 ２ 这 些研 究成 果 已非 常接 近 多 晶硅 太 性差 ；染料敏化太 阳 电池成本 低廉 、制备 工艺 薄膜 太 阳 电池 ， 简单 ，但 是 目前 仅 处 于 实 验 室 研 究 阶段 ，最 高 转 阳电池 最高 转 换 效 率 ， 且仍有 进一步提升的空间。
本 、高效率 、性能稳定等优点 ，成为近年来 光伏 量 比功率 高等 优点 ，可 大 规 模 应 用 于 弧 形 光伏 屋顶 、光 伏 窗 帘 、光伏 帐篷 、便 携 式 应 急 充 电 背 产业 研究 的重 点 。
为手机 或 手提 电脑 充 电 ） 、太 阳能 汽 车 等¨ ， 铜铟硒 （ Ｃ ｕ Ｉ ｎ Ｓ ｅ ： ） 属于 Ｉ － Ｉ Ｉ Ｉ — Ｖ Ｉ 族 化 合 物半 导 体 包 （ 材料 ， 是较 理 想 的薄膜 光 伏 器 件材 料 。但 其 能 带 隙 具 有 非常广 阔 的应用 前 景 。柔 性 Ｃ Ｉ Ｇ Ｓ薄膜 太 阳电 值 只有 １ ． ０ ４ ｅ Ｖ ， 略低 于太 阳光谱所 对 应 的最佳 带 池 的制 备 与 玻 璃 基板 电池 制 备 无 论 在 材 料 制 备 工
第３ ３卷 第 期 ２ ０ １ ３年 ５月
桂
林 理 工
大 学 学 报
Ｖ０ １ ． ３３ Ｎｏ ． ２ Ｍａ ｖ ２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇｕ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
铜铟镓硒CIGS薄膜太阳电池产业调研报告张坤
哪条技术路线更适合产业化？
真空法/非真空法 磁控溅射 /共蒸发 柔性/刚性 应用与不同领域，互相补充 真空法目前仍然是主流 solopower、 Nanosolar
谢谢指导！
二、 CIGS核心企业介绍- MiaSole
MiaSole（美国）
公司简介：2001年开始开发CIGS； 技术路线：溅射后硒化 电池结构：SS/Cr/Mo/CIGS/CdS/ZnO/； 技术水平：2010年9月为14.3％，2011年5月1m2模板效率迅速提 高至15.7％； 生产规模：已有22MW生产线，转换效率最大约为10.4％ （ 1.6m×0.66m ）此外，80MW的生产线正在建造中。
二、CIGS核心企业介绍- Bosch Solar
Bosch Solar(Johanna Solar德国)
公司简介：2006年建厂生产，2008年转让技术和部分股权给山 东孚日，2010年被博世集团收购，改名为Bosch Solar； 技术路线：溅射后硒化硫化 电池结构：玻璃/Mo/CIGSS/CdS/ZnO/ 技术水平： 生产规模：已拥有30MW生产线；
CIGS太阳电池产业研究进展
2011-10-12
张坤
一、前言
调研范围：全球CIGS已实现和即将实现量产的企业； 调研手段：公司官方首页、新闻报道、文献、专利； 调研内容：公司历史、技术路线、电池结构、技术水平和产业规模； 调研意义：了解最新行业动态，把握行业发展方向； 报告内容：前言、 CIGS核心企业介绍、小结
Global Solar、NanoSolar、Ascent Solar、SoloPower与Miasole，
ISET， Solarion AG，Flisom
二、CIGS核心企业介绍
论文 铜锢稼硒薄膜太阳能电池研究
论文铜锢稼硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究摘要铜锢嫁硒Cu (InGa) Se, (CIGS)薄膜太阳能电池，具有转换效率高、成本低、稳定性好等特点，是最有发展前景的薄膜太阳能电池之一。
到目前为止，基于三步共蒸发工艺制备的CIGS薄膜太阳能电池的效率已达19.99%，是所有薄膜太阳能电池中最高的。
尽管这种制备方法有很多优点，制备成分均匀的大面积电池却具有难以克服的困难，不能满足大规模产业化的要求。
在CIGS薄膜太阳能电池产业化进程中，克服其层间的附着力差，制备符合化学计量比具有黄铜矿结构的多晶薄膜吸收层是必须解决的两个最重要的工艺技术。
本论文主要研究一种工艺简单、可控、适合产业化需要的技术工艺，即溅射制备合金预制膜后硒化的制备方法。
研究采用的溅射系统，是本中心自行设计研制的三靶共溅设备，阴极大小为3英寸，衬底基座可以旋转，以保证制备薄膜的均匀。
首先，在碱石灰玻璃衬底上制备厚度约1微米的铝电极，在溅射过程中通过改变工作气压，使Mo电极具有类似层状结构，消除了内应力的影响。
通过扫描电镜分析，薄膜表面具有鱼鳞状结构，从而增加了Mo电极和CIGS吸收层之间的接触面积。
Mo电极和玻璃衬底之间，及其和CIGS吸收层之间的附着力得到显著提高。
然后，在沉积有M。
电极的玻璃衬底上，通过共溅射的方法制备约700纳米厚度的Cu(工nGa)预制层薄膜，靶材采用CuIn和CuGa合金靶。
硒化采用低温和高温过程依次进行的2步方法，采用固态硒源，硒化室是一个半密封的石墨盒。
通过在高温区保温30分钟，制备出了性能优异的CIGS吸收层薄膜，具有(112)晶面择优取向，显示明显的黄铜矿单一结构。
薄膜表面平整，晶粒大小均匀、排列紧密，晶粒大小达到3到5微米。
用化学水浴法，制备厚度约70纳米的US 过渡层。
分别采用醋酸福和硫尿作为福源和硫源。
研究了ZnS薄膜的制备工艺，对无福电池的制备做了初步探索。
最后用射频磁控溅射的方法，研究了常温下制备透明导电材料ITO和Zn0的制备工艺，研究了溅射功率和溅射气压对薄膜性能的影响。
CIGS薄膜太阳能电池核心技术重大突破
CIGS 薄膜太阳能电池核心技术重大突破
日前，据有关媒体从中国科学院获悉，可取代晶硅原材料的铜铟镓硒薄膜太阳能电池核心技术取得重大突破，赶超国际水平，所制备的铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池效率达到18.7%，迈入国际领先行列。
如果新的太阳能电池技术大面积推广应用，不仅利于国内太阳能电池大面积推广，而且还可减少对外输出太阳能产品的贸易壁垒。
当前能源危机和传统能源对环境造成的污染日益严重，开发清洁、可再生的能源就显得日趋重要。
而太阳能由于清洁无污染、取之不尽，用之不竭，因此开发利用太阳能成为世界各国可持续发展能源的战略决策。
太阳能电池的作用是把太阳能转化为电能，制作太阳能电池的材料一般是半导体材料，能量转换原理是利用半导体的光生伏特效应。
太阳能电池的应用覆盖交通、通讯、石油、海洋、电站等领域。
目前太阳能电池分为6 类，但真正能实现产业化的太阳能电池主要分两大类：第一类是晶硅电池，包括多晶硅和单晶硅电池，这个占市场份额80%以上;第二类是薄膜电池，又细分为非晶硅电池，其工艺简单，成本低，但效率低，有衰退迹象;碲化隔薄膜太阳能电池，其成本低，易于大量生产，但效率低且镉有毒，会对环境造成严重的污染;。
铜铟镓硒_CIGS_薄膜太阳能电池的研究进展
材料导报 Ａ：综述篇
２０１１ 年 １０ 月 （上 ）第 ２５ 卷 第 １０ 期
铜铟镓硒（ＣＩＧＳ）薄膜太阳能电池的研究进展＊
王 波１，刘 平２，李 伟２，马 凤 仓２，刘 新 宽２，陈 小 红２
（１ 上 海 理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 ，上 海 ２０００９３；２ 上 海 理 工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ，上 海 ２０００９３）
铜 铟 镓 硒 （ＣＩＧＳ）薄 膜 太 阳 能 电 池 的 研 究 进 展／王 波 等
· ５５ ·
构的２倍 。 ［６］ 根据 Ｃｕ２Ｓｅ２－Ｉｎ２Ｓｅ３ 相图可知，ＣｕＩｎＳｅ２ 具 有 较 大的化学组成区间，大约可以容许５％（摩 尔 分 数）的 变 异 ， ［７］ 这就意 味 着 薄 膜 成 分 即 使 偏 离 化 学 计 量 比 （Ｃｕ∶Ｉｎ∶Ｓｅ＝ １∶１∶２），该薄膜材料依然保持黄铜 矿 结 构 并 且 具 有 相 同 的 物理和化学性质；并 且，通 过 调 节 薄 膜 的 化 学 计 量 比 就 可 以 得到ｐ型（富 Ｃｕ）或者是ｎ型（富Ｉｎ）的半导体材料，这是在不 必借助外加掺杂的情况下办到的［８］；还 有 ＣＩＳ中 点 缺 陷 ＶＣｕ、 ＩｎＣｕ可构成电中性复合缺 陷 对 （ＶＣｕ－ ，ＩｎＣｕ２＋ ），这 种 缺 陷 的 形 成能低，可以大量稳定存在，使 Ｃｕ迁移效应成为动态 可 逆过 程，这种 Ｃｕ迁移和点缺 陷 反 应 的 动 态 协 同 作 用 导 致 受 辐 射 损伤的 ＣＩＳ电 池 具 有 自 愈 合 能 力 。 ［９］ 由 于 具 有 上 述 的 结 构 特性，ＣｕＩｎＳｅ２ 具 有 优 良 的 抗 干 扰、抗 辐 射 能 力、没 有 光 致 衰 退 效 应 、使 用 寿 命 长 等 优 点 。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状及发展趋势
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状及发展趋势陈裕佳指导教师：杨春利(西安建筑科技大学华清学院材料0904 01号)摘要：介绍了薄膜太阳能电池结构、性能特点以及目前在研究和生产过程中铜铟镓硒电池的制备方法；阐述了铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术的优点，及其存在的问题和未来的前景。
关键词：铜铟镓硒，太阳能电池，薄膜Research Progress and Development Tendency of Cu(In，Ga)Se2(CIGS)Thin Film Solar CellsChen Yu Jia tutor：Yang Chun Li(Xi'an University of Architecture and T echnology Huaqing College) Abstract：The constructions and performance characteristics of thin film solar cells based on Cu(In+Ga)Se2 are introduced，including their fabrication and technological processes．A brief description of technological advantages，and the problem and prospect in the future on CIGS。
Keywords：Cu(In，Ga)Se2，solar cell，thin film1 概述第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS（CIS中掺入Ga）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。
学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。
第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池，是近几年研究开发的热点。
新型无镉缓冲层CIGS太阳能电池研究进展
新型无镉缓冲层CIGS太阳能电池研究进展新型无镉缓冲层CIGS太阳能电池研究进展兔子君导读薄膜太阳能电池由于具有可用柔性材料、可透光、弱光性能好、温度系数低等独特优势，得到了广泛关注。
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池是最被看好的薄膜太阳能电池之一，在近十多年，很多企业和研究所投身这一领域，其技术迅速成长。
传统CIGS电池采用硫化镉（CdS）作为缓冲层，其中镉有毒并会造成环境污染，因此，无镉缓冲层CIGS太阳能电池的开发成为全球CIGS太阳电池研究的热点。
今天兔子君带大家看看当前无镉缓冲层CIGS太阳能电池的研究进展。
传统CIGS太阳能电池结构传统CIGS电池的结构如图1所示，其核心的p-n结为P型的CIGS和N型的CdS，N型的CdS通常被称为该电池的缓冲层。
由于镉（Cd）的毒性和不环保，新型无镉缓冲层的开发已成为研究热点，并且无镉CIGS电池的效率已逼近传统CIGS电池。
图1 传统CIGS太阳能电池结构最被看好的无镉缓冲层Zn(O,S)，Zn1−xSnxO， (Zn,Mg)O，In2S3 是目前最被看好的无镉缓冲层。
其中In为稀有金属，所以前三种具有更好的发展前景。
无镉缓冲层的特点是带隙比传统CdS的带隙更大，因此有效地减少对蓝光的吸收, 增加光谱响应范围。
然而，无镉CIGS电池的开路电压较CdS的低，造成效率普遍低于传统CIGS电池。
主要制备方法制备方法分为干法和湿法两大类，具体的制备方法表1。
湿法：水浴沉积法（CBD）特点：成本低；不利于流水线生产，因为其他步骤为干法。
干法：化学气相沉积（CVD），物理气相沉积（PVD）。
下表中ALD属于CVD，而磁控溅射属于PVD。
特点：成本高，易与产线兼容。
表1 无镉缓冲层制备方法研究进展无镉缓冲层研究方向处于领先的研究机构主要来自美国、日本、德国、瑞典、瑞士等，如美国可再生能源实验室（NREL），亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心（HZB），德国太阳能与氢能研究中心（ZSW），日本Solar Frontier等，详见表2。
铜铟镓硒电站系统效率研究
铜铟镓硒电站系统效率研究铜铟镓硒太阳能电池（CIGS）是一种基于柔性材料的高效率薄膜太阳能电池。
它们由铜、铟、镓和硒组成，是一种新型绿色能源，能够在减少碳排放的同时提供可靠的电力来源。
本文将探讨铜铟镓硒电站系统效率的研究。
铜铟镓硒电池的利用CIGS电池是一种非常灵活的太阳能电池，可以生产成电池片，这些电池片可以安装在大型太阳能电站中，供大型能源公司使用。
此外，它们也可以以柔性可弯曲的形式生产，这意味着它们非常适合用于建筑上的轮廓线和曲线中，用于制造太阳能板和太阳能瓦片。
这些柔性可弯曲的太阳能电池还可以用于制造智能窗户、室内照明和智能手机等设备。
系统效率铜铟镓硒电站系统的效率是指将太阳能转换为电能的比率。
这一效率可以取决于多个因素，包括光照强度、温度、区域气候、太阳高度角和大气影响。
影响系统效率的因素1. 光照强度太阳能系统的主要工作原理是将光能转化为电能。
当阳光直接照射时，系统的效率最高。
然而，如果云层较多，太阳能电池板受到深度渗透的阳光会减少，系统的效率会相应下降。
2. 温度当温度升高时，太阳能电池板的效率会有所降低。
炎热的气候条件下，太阳能电池板的效率可能会减少10%至20%。
3. 区域气候可变的气候条件可能对CIGS电站的效率产生影响。
在阴雨天气中，光线会向下反射，太阳能电池板的效率可能会受到影响。
4. 太阳高度角太阳高度角是指太阳在天空中的高度，是影响太阳能电池板效率的另一个因素。
太阳越高，光线照射的夹角越小，效率越高。
5. 大气影响大气中的水分、灰尘和气体可能会以不同形式阻碍光线到达太阳能电池板。
这也会影响CIGS电站的效率。
解决方案为提高系统效率，需要做以下几件事：1. 设计更好的太阳能电池板这可能包括更好的反射光线的材料、光学设计、更高效的电池结构等等。
这一点需要科学家、工程师等人员的协作工作。
2. 提高电池的温度管理通过提高电池板的通风和传热功能，有效的降低温度。
这需要改进太阳能电池板的设计，让热量和湿度处理能力更好。
- 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)。
薄膜光伏材料铜铟镓硒CIGS的研究进展♦房文健，刘永生*，杨晶晶，方津，彭麟（上海电力学院太阳能研究所，上海200090）摘要：介绍了CuIn1-x Ga x Se2(CIGS)的微观结构、光学性质和电学性质，以及各元素组份比对它CIGS结构和性质的影响，特别是Ga的含量对其带隙及开路电压的影响。
重点介绍了CIGS三种主要的制备方法：共蒸法、溅射法、电化学沉积法。
分析了CIGS国内外最新发展状况、现存问题和发展趋势。
关键词：薄膜太阳能电池，铜铟镓硒，结构性质，制备方法Study Development in Fabrication, Structure and Properties of CIGS FilmFANG Wen-jian1, LIU Yong-sheng1, Yang Jing-jing1, FANG Jin1, PENG Lin (Institute of Solar Energy, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China) Abstract:This article describes CuIn1-x Ga x Se2(CIGS) microstructure, optical properties, electrical properties, and the influence of the elements to its structure and property. Particularly, effects of Ga on its band gap and open circuit voltage are given. In addition, the paper reviews three main methods of the preparation of CIGS: co-evaporation, sputtering and electrodeposition. We analyze the latest developments of CIGS, existing problems and development trend at home and abroad.Key words: thin film solar cell, CuIn1-x Ga x Se2, structure and property, preparation processes1 引言以单晶硅和多晶硅为主的第一代太阳能电池由于其效率高、技术成熟仍是当前的主流，但由于其成本昂贵、硅原料缺乏等原因，近年来第二代薄膜太阳能电池发展迅速。
薄膜太阳能电池主要有以下几种：硅基薄膜电池如非晶硅(ɑ-Si:H)、微晶硅(uc-Si:H)；化合物薄膜电池如碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS、CIGS）、砷化镓（GaAs）；染料敏化电池等[1]。
♦国家自然科学基金(批准号：10804072)、上海市青年科技启明星计划（跟踪）(批准号：11QH1401000)、教育部科学技术研究重点项目(No. 211055)、上海市纳米科技专项(批准号：0952nm02700)、上海市教育委员会科研创新项目(No.11ZZ168)的资助。
*通讯联系人。
E-mail: ysliu@♦Supported by the Shanghai Rising-Star Program (Nos. 11QH1401000), the National Natural Science Foundation of China (Nos. 10804072), the Key Project of Chinese Ministry of Education (No. 211055), STCSM (0952nm02700), and the Innovation Program of Shanghai Municipal Education Commission (No. 11ZZ168).* Corresponding author. Email: ysliu@CIS (CIGS)太阳能薄膜电池发展迅猛，从1977年第一块CIS太阳能电池诞生，其效率只有3.33%，到如今由德国太阳能和氢能研究机构ZSW采用共蒸镀法制备小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率刷新为20.3％。
CIGS工业生产模块最高光电转换效率大约13%，而多晶硅模块约为18%，单晶硅模块可高达20%。
2012年光伏电池产量份额市场预测如图1所示[2]。
图1 2012年光伏电池产量份额市场预测与其它薄膜材料相比，CIGS不仅是直接能隙材料，而且具有更高的吸光系数，高转换效率和低材料成本等优势，本文将指出铜铟镓硒（CIGS）薄膜材料的结构特性、制作工艺、面临的问题及发展前景。
2 CIGS薄膜材料的基本结构和性质铜铟镓硒（CIGS）是从铜铟硒（CIS）上演变过来的，既继承CIS的优点，又克服了其禁带宽度（1.0eV左右）与地面光伏利用对材料要求的最佳带隙（约1.5eV）不匹配的缺点。
下面先介绍CIS的结构和性质，再指出CIS掺入Ga后成为CIGS后性质的变化。
图2 黄铜矿结构2.1 CIS薄膜材料的结构Cu1nSe2（CIS）是一种三元Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体，它是由II-VI族化合物衍生而来，其中第二族元素可以用第一族的Cu与第三族的In取代而形成三元素化合物，具有黄铜矿（如图2）、闪锌矿两个同素异形的晶体结构。
CIS/ CIGS 化合物存在大量的本征缺陷和深复合中心，使得CIS/CIGS 材料具有本征缺陷自掺杂、非计量比偏移的容忍度大、结构缺陷的电中性本质等特性[3]。
这为其低成本制备方法(非真空法)的发展提供了便利[4]。
Cu1nSe2的光学性质主要取决于材料的元素组份比、各组份的均匀性、结晶程度、晶格结构及晶界的影响。
大量实验表明，材料的元素组份与化学计量比偏离越小，结晶程度好，元素组分均匀性好，温度越低，则其光学吸收特性越好。
Cu1nSe2是直接带隙半导体材料，77K时的带隙为Eg=1.04eV，300K时Eg=1.02eV，其带隙对温度的变化不敏感。
Cu1nSe2材料具有高达105cm-1数量级的吸收系数。
高吸收系数，亦即很小的吸收长度（1/a)，有利于太阳电池基区光子的吸收、少数载流子的收集，因而也即对光电流的收集产生了非常有利的条件，并且使薄膜的厚度可以很薄。
文献[5]中采用共蒸法制备的CIGS薄膜厚度仅为0.8µm，效率达14.4%。
2.3 CIS薄膜材料的电学性质CulnSe2材料的电学性质（电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率）不仅会影响太阳能电池的串并联电阻，且对异质结特性产生直接影响。
它的电学性质主要取决于材料的元素组份比，以及由于偏离化学计量比而引起的固有缺陷（如空位、填隙原子、替位原子），此外还与非本征掺杂和晶界有关。
对材料的元素组份比接近化学计量比的情况，按照缺陷导电理论，一般有如下的结果：当Se不足时，Se空位呈现施主；当Se过量时，呈现受主；当Cu不足时，Cu空位呈现受主；当Cu过量时，呈现施主。
当In不足时，In空位呈现受主。
当In过量时，呈现施主。
其中，以贫铜的P型CIS/CIGS薄膜为主。
2.4 CIGS薄膜材料结构和性质在CIS中掺入Ga成为CuIn1-x Ga x Se2化合物简称CIGS。
CIGS与CIS具有相似的结构、光学性质、电学性质，并且可以通过调整Ga/(Ga+In)含量的不同而改变其禁带宽度(带隙)，使其光吸收范围从 1.02eV~1.68eV，文献[6]对共蒸法制备的CIGS的研究，指出随着Ga/(Ga+In)增加，禁带宽度和载流子浓度增大，开路电压增大，同时由于对长波的吸收减少将导致短路电流下降；并且当Ga/(Ga+In)超过0.35时，开路电压比低Ga时更低。
因此Ga 的含量具有一个最佳值[7,8]。
总之，CIGS材料中的各元素的组成比对其结构、光学性质、电学性质起决定性作用。
文献[9]对利用三步共蒸发法制备的CIGS 薄膜的测试分析，研究了其成分比例与薄膜的电阻率、载流子浓度、表面粗糙度之间的关系，得出结论：Cu/(Ga+In) 比在0.9~1.0附近，Se/(Cu+In+Ga) 比在1附近，Ga/(In+Ga)比在0.3左右；电阻率在102 ~103Ω·cm 之间、载流子浓度在1015~1016 cm-3范围内，更容易出现高效电池，最终得到转换效率为12.1%的CIGS 薄膜太阳电池。
因此，欲获得高转换效率的CIGS材料就必须通过理论和经验寻找到最佳的各元素组成比（Cu/(In+Ga)、Ga /(In+Ga)、Se/(Cu+In+Ga)），并能在制备过程中精确控制它们[10]。
薄膜制备的方法非常多，可分为真空制备和非真空制备。
真空制备主要有共蒸法、溅射法、闪蒸法[11]等，可简单描述如图3所示。
非真空制备有电化学沉积法[12]、喷涂热解法[13]、粒子沉积技术[14]等。
下面将分别介绍共蒸法、溅射法和电化学沉积法。
基板薄膜真空容器气化源（蒸发、溅射、闪蒸等）连接端排气系统图3 薄膜真空制备工艺示意图3.1 共蒸法制备CIGS薄膜蒸发法就像将水烧的不停地沸腾，产生的蒸汽附在窗玻璃上会形成一层“白雾”。
共蒸法就是利用真空蒸发设备使Cu、In、Ga、Se单质或它们所组成的粉体分别蒸发沉积到衬底上。
此法的关键是要控制几种物质的蒸发和沉积速率，以获得预期的成分。
共蒸法分一步共蒸法[15]、两步共蒸法[16]、三步共蒸法[17]。
NREL以三步共蒸镀法制作异质接面的CIGS太阳能电池效率高达19.9%。
2010年8月其转换效率又被ZSW刷新为20.3％。
三步共蒸法流程为（如图4所示）[18]：（1）在基底温度较低的情况下（300~350℃）蒸发In、Ga、Se形成一层(InGa)2Se3预置层，原子比例控制在In:Ga=0.7:0.3，(In+Ga)/Se=2:3；（2）将衬底温度升至500~560℃，蒸发Cu和Se，因Cu2-x Se熔点较低，高温下呈液态，可促进晶粒生长，得到晶粒尺寸大且致密的膜层，这2个膜层复合可转化为稍富铜的CIGS；（3）保持衬底温度不变，再次蒸发In、Ga、Se，得到稍贫铜的CIGS薄膜，并将Cu/(In+Ga)的比例控制在0.88~0.92，随后对样品硒化。
共蒸法比较成熟，现今研究主要分两个方向，其一是继续研究制备过程的各种参数（如基板温度[15]、退火温度等）对CIGS薄膜结构、光学性质、电学性质[19]的影响，从而达到其组份与化学计量比偏离少，结晶程度好，元素组分均匀好。