CIGS太阳能电池的发展历史.
CIGS薄膜太阳能电池解读
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 金属背电极Mo 玻璃衬底 高阻ZnO
低阻AZO
CIGS薄膜太阳能电池的结构
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 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
测试设备主要有：台阶仪，SEM，XRD, RAMAN、分度光透射仪、I-V 分析系统等
铜铟镓硒（CIGS）太阳电池制造工艺路 线
清洁—基膜—单元或多元磁控溅射—沉积—硒化—防护膜—随机检 测—印刷—切割—检测—组装—检测—包装。
CIGS薄膜太阳能电池的制备
• CIGS薄膜太阳能电池的底电极Mo和上电极n-ZnO一般采用磁控溅射的 方法,工艺路线比较成熟 • 最关键的吸收层的制备有许多不同的方法，这些沉积制备方法包括:蒸发 法、溅射后硒法、电化学沉积法、喷涂热解法和丝网印刷法
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。
CIGS薄膜太阳能电池介绍
二、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池介绍 三、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池介绍
一、第三代太阳能电池
CIGS薄膜太阳能电池简要介绍和发展现状
汇报人：XX
目 录
• CIGS薄膜太阳能电池概述 • CIGS薄膜太阳能电池发展历程 • CIGS薄膜太阳能电池制备技术 • CIGS薄膜太阳能电池性能评价 • CIGS薄膜太阳能电池应用领域拓展 • CIGS薄膜太阳能电池产业发展现状及挑战 • 总结与展望
01
CIGS薄膜太阳能电池概述
定义与基本原理
CIGS薄膜太阳能电池定义
CIGS是铜铟镓硒（CuInGaSe2）的缩写，是一种基于多元化合物半导体的薄 膜太阳能电池。
工作原理
CIGS薄膜太阳能电池利用光电效应，将光能转换为电能。当太阳光照射到电池 表面时，光子被吸收并激发出电子-空穴对，在内建电场作用下分离并收集到电 极上，从而产生电流。
优点
工艺简单，成本低，适用于大面积生产。
缺点
薄膜质量受喷涂工艺和热处理条件等因素影响， 难以控制。
不同制备方法比较
真空蒸发法与电化学沉积法比较
真空蒸发法制备的薄膜质量较高，但设备成本高；电化学沉积法设备简单，成本 低，但沉积速率较慢。
喷涂热解法与前两者比较
喷涂热解法工艺简单，成本低，适用于大面积生产，但薄膜质量相对较难控制。 在实际应用中，可根据具体需求和条件选择合适的制备方法。
器件结构
初步构建CIGS薄膜太阳能电池的 器件结构，研究各层之间的相互 影响。
实验室规模制备
在实验室规模下，制备出小面积 的CIGS薄膜太阳能电池，并对其 性能进行评估。
技术突破与产业化进程
01
02
03
大面积制备技术
突破大面积均匀制备CIGS 薄膜的技术难题，为产业 化奠定基础。
转换效率提升
通过优化材料组成、改进 制备工艺等方式，不断提 高CIGS薄膜太阳能电池的 转换效率。
CIGS薄膜太阳能电池
二、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池(diànchí)介绍 三、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池(diànchí)介绍
精品文档
一、第三代太阳能电池(diànchí) 学术界和产业界普遍认为太阳能电池(diànchí)的发展已经进入了
第三代。第一代为单晶硅太阳能电池(diànchí)，第二代为多晶硅、非晶 硅等太阳能电池(diànchí)，第三代太阳能电池(diànchí)就是铜铟镓硒 CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池(diànchí)及薄膜Si系太阳能 电池(diànchí)。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池(diànchí)是多元化合物薄膜电池 (diànchí)的重要一员，由于其优越的综合性能，已成为全球光伏领域研 究热点之一。
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
有机聚合物太阳
目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池
不
能电池
同
纳米晶太阳能电池
• 大规模地成本发电站
• 1996年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的 非晶硅电站,引起光伏产业振动。
• Mass公司(欧洲第三大太阳能系统(xìtǒng)公司)去 年从中国进口约5MWp的非晶硅太阳能电池。
• 日本CANECA公司年产25MWp的非晶硅太阳能电池大部 分输往欧洲建大型发电站(约每座500KWp-1000KWp)。
• 上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装(ānzhuāng) 一套6500瓦非晶硅太阳能电站，其每千瓦发电量为 1300KWh，而晶体硅太阳电池每千瓦的年发电量约为 1100-1200KWh。非晶硅太阳电池显示出其极大的使用 优势。下图为该电站的现场照片，第一代非晶硅太阳 电池的以上优点已被人们所接受。2003年以来全世界 太阳能市场需求量急剧上升，非晶硅太阳电池也出现 供不应求的局面。
CIGS薄膜太阳能电池简要介绍和发展现状
三、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池介绍
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。
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能 电池简要介绍和发展现状
目录
第一章 太阳能电池产业概述 第二章 太阳能电池的种类 第三章 CIGS薄膜太阳能电池介绍 第四章 CIGS薄膜太阳能电池产业现状
第一章 太阳能电池产业概述
一、太阳能是人类未来能源的必然选择 二、太阳能光伏电池的原理及材料要求 三、我国太阳能利用现状及和主要发达国家的差距
单晶硅
多晶硅
非晶硅薄膜
二、多元化合物薄膜太阳能电池
为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳 能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族 化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜电池等。 1、尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池 效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒 ，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替 代。 2、砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到 人们的普遍重视。Ga(镓)\As（砷）属于III-V族化合物半导体材料，其能隙 为1．4eV，正好为高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的电池材料。 铜铟硒CuInSe2简称CIS。CIS材料的能降为1．leV，适于太阳光的光 电转换,另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。因此，CIS用作高转 换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。
太阳能电池的发展历史
太阳能电池的发展历史太阳能电池是一种能够将太阳能转化为电能的装置。
它的发展历史可以追溯到19世纪初，经过了多个阶段的探索和改进，逐渐成为可靠的可再生能源技术。
1. 早期研究与发现太阳能电池的研究始于1839年，当时法国物理学家贝克勒尔发现了光电效应。
他发现，当光线照射到某些物质表面时，会产生电流。
这一发现为后来太阳能电池的发展奠定了基础。
2. 第一代太阳能电池20世纪初，美国发明家查尔斯·费德尔利在光电效应的基础上制造出了第一台实用的太阳能电池。
这种电池使用硒元素和金属电极，虽然效率较低，但标志着太阳能电池的诞生。
3. 硅基太阳能电池的发展在20世纪50年代，美国贝尔实验室的科学家们开始研究硅材料的光电转换性能。
他们发现，硅材料对光的吸收效果较好，并且可以转化为电能。
这一发现推动了硅基太阳能电池的发展。
1954年，贝尔实验室的德雷珀和基尔比两位科学家成功研制出了第一块高效率的硅太阳能电池。
这种电池的效率达到了6%，并且可以在宇宙航天器上使用。
这一突破标志着硅基太阳能电池的商业化应用开始。
4. 多晶硅太阳能电池的出现20世纪60年代，科学家们开始研究如何提高太阳能电池的效率。
他们发现，通过改变硅材料的结晶方式，可以获得更高效的太阳能电池。
于是，多晶硅太阳能电池应运而生。
多晶硅太阳能电池通过将多个晶体颗粒组合在一起制成电池片，提高了电池的效率。
这种电池的效率可以达到10%左右，成为当时最常用的太阳能电池技术。
5. 单晶硅太阳能电池的发展随着对太阳能电池效率的不断追求，科学家们开始研究如何制造更高效的太阳能电池。
他们发现，通过单晶硅材料制造太阳能电池可以获得更高的效率。
单晶硅太阳能电池采用单个晶体生长而成，具有更高的纯度和更均匀的结构。
这种电池的效率可以达到20%以上，成为目前商业化应用最广泛的太阳能电池技术。
6. 薄膜太阳能电池的发展为了降低太阳能电池的成本和提高生产效率，科学家们开始研究如何制造更薄、更轻、更灵活的太阳能电池。
太阳能电池的发展历史
太阳能电池的发展历史太阳能电池是一种能够将太阳光转化为电能的装置，它的发展历史可以追溯到19世纪。
以下是太阳能电池发展历史的详细描述。
1. 19世纪初期太阳能电池的诞生1839年，法国物理学家安东尼·贝克勒尔发现了光电效应，即光照射到某些物质上时会产生电流。
这一发现为太阳能电池的发展奠定了基础。
2. 20世纪初期的太阳能电池研究20世纪初，物理学家爱因斯坦对光电效应进行了深入研究，并提出了解释光电效应的理论。
这一理论的建立进一步推动了太阳能电池的研究。
3. 第一代太阳能电池的诞生1954年，美国贝尔实验室的科学家发明了第一代太阳能电池，采用了硅材料制成的PN结构。
这种太阳能电池的效率较低，但标志着太阳能电池的商业化应用的开始。
4. 太阳能电池的进一步发展在接下来的几十年里，太阳能电池经历了不断的改进和创新。
研究人员发现了更高效的材料，如多晶硅和单晶硅，并提出了新的电池结构，如薄膜太阳能电池和有机太阳能电池。
5. 太阳能电池的商业化应用随着太阳能电池技术的不断进步，太阳能电池开始在各个领域得到广泛应用。
太阳能电池板被安装在房屋屋顶上，用于发电；太阳能电池还被应用在航天器、卫星和无人机等领域，提供独立的电力供应。
6. 太阳能电池的效率提升近年来，太阳能电池的效率不断提升。
研究人员利用纳米技术、多结构设计和新型材料等手段，将太阳能电池的转换效率提高到了20%以上。
此外，太阳能电池的成本也在不断降低，推动了太阳能发电的普及和应用。
7. 太阳能电池的未来发展趋势太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源技术，具有广阔的发展前景。
未来，太阳能电池有望进一步提高效率、降低成本，并与其他能源技术相结合，如储能技术和智能电网，实现可持续发展。
总结：太阳能电池的发展历史可以追溯到19世纪初期的光电效应发现。
经过多年的研究和创新，太阳能电池从第一代硅材料制成的PN结构发展到多晶硅、单晶硅、薄膜和有机太阳能电池等多种类型。
CIGS薄膜太阳能电池解析
现在CIGS组件处于产业化初级阶段，主要是美国、德国和日本等发达国 家公司。其工艺各具特色，主要采用的都是真空溅射技术，区别主要是制备 CIGS吸收层的部分工艺差别。下表给出了主要公司生产工艺比较。可以看出， 最主流形式是溅射金属预制层后硒化工艺。该工艺对溅射设备防腐要求低，维 护简单，生产过程更容易控制。也有采用四元化合物靶直接溅射CIGS的研究， 由于设备防腐要求高，吸收层存在缺陷，溅射后仍需要热退火处理，这种方法 现阶段没有表现出产业化优势。
CuInSe2黄铜矿晶格结构
非晶硅薄膜太阳能电池的优点
• • • • • • 低成本 能量返回期短 大面积自动化生产 高温性好 弱光响应好(充电效率高) 其他
• 低成本
• 单结晶硅太阳电池的厚度<0.5um。 • 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RMB3.5-4（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65-70%，在中国1瓦晶体硅太阳电池的硅材料 成本已上升到RMB22以上。
非晶硅太阳电池的市场
• 大规模地成本发电站
• 1996年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的非晶硅电 站,引起光伏产业振动。 • Mass公司(欧洲第三大太阳能系统公司)去年从中国进口约 5MWp的非晶硅太阳能电池。 • 日本CANECA公司年产25MWp的非晶硅太阳能电池大部分输往 欧洲建大型发电站(约每座500KWp-1000KWp)。 • 德国RWESCHOOTT公司也具有30MWp年产量,全部用于建大规模 太阳能电站。
太阳能电池的发展历史
太阳能电池的发展历史太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，它的发展历史可以追溯到19世纪初。
以下将详细介绍太阳能电池的发展历程。
1. 19世纪初：光电效应的发现太阳能电池的基础是光电效应，即光照射到某些物质表面时，会产生电流。
1839年，法国物理学家贝克勒尔首次发现了光电效应。
他发现，当光照射到金属板上时，会引起电流的流动。
这一发现为太阳能电池的发展奠定了基础。
2. 20世纪初：第一代太阳能电池的诞生1904年，美国科学家查尔斯·菲茨杰拉德和华伦斯·斯密斯发明了第一代太阳能电池。
他们使用硒作为光敏材料，将其暴露在阳光下，通过光电效应产生电流。
尽管这种太阳能电池转换效率很低，但它标志着太阳能电池的诞生。
3. 20世纪50年代：硅太阳能电池的发展20世纪50年代，美国贝尔实验室的研究人员发明了第一种硅太阳能电池。
他们将硅材料与其他材料结合，形成为了一种能够更高效地转换太阳能的太阳能电池。
这种硅太阳能电池的转换效率较高，成为当时最常用的太阳能电池。
4. 20世纪70年代：太阳能电池商业化20世纪70年代，由于能源危机的影响，人们对可再生能源的需求增加。
太阳能电池作为一种可再生能源的代表，开始被广泛应用。
太阳能电池的商业化生产也在这一时期开始。
美国、日本等国家的公司纷纷投入太阳能电池的研发和生产，太阳能电池的产量大幅增加。
5. 21世纪初：太阳能电池的技术突破21世纪初，太阳能电池的技术取得了重大突破。
研究人员开始探索新的太阳能电池材料和结构，以提高太阳能电池的转换效率。
其中，薄膜太阳能电池、多结太阳能电池等新型太阳能电池相继问世。
这些新型太阳能电池具有更高的转换效率和更低的创造成本，推动了太阳能电池产业的快速发展。
6. 当前和未来：太阳能电池的广泛应用如今，太阳能电池已经广泛应用于各个领域。
在家庭和商业建造中，太阳能电池用于发电，为电力需求提供可再生能源。
在交通运输领域，太阳能电池被用于汽车、飞机和船只等交通工具的动力系统。
CIGS 电池简介
CIGS 电池简介
•
CIGS太阳能电池特点：
① 三元CIS薄膜的禁带宽度可以在1.04-1.67eV范围内连续调整；
CIGS是一种直接带隙材料，可见光的吸收系数高达105cm-1，非常
适合太阳电池薄膜化，CIGS吸收层厚度只需1.5-2.5um，整个电池 的厚度为3-4um； • • • 技术成熟后，制造成本和能量偿还时间将远低于晶体硅电池； 抗辐照能力强，用作可间电源有很强的竞争力。 转换效率高。2005年NREL的小面积CIGS电池效率已达19.9% 。
CIGS 材料特性
CIGS吸收
总结
1、CIGS太阳能电池特点：
① 三元CIS薄膜的禁带宽度可以在1.04-1.67eV范围内连续调整； • • • • • • CIGS是一种直接带隙材料，可见光的吸收系数高达105cm-1，非常适合太阳 电池薄膜化，CIGS吸收层厚度只需-2.5um，整个电池的厚度为3-4um； 制造成本和能量偿还时间将远低于晶体硅电池； 抗辐照能力强，用作可间电源有很强的竞争力。 转换效率高。 电池稳定性好，基本不衰减。 弱光特性好。
CIGS 电池简介
铜铟硒薄膜太阳能电池是以CuInSe2（CIS）半导体薄膜为吸收层 的太阳能电池，金属镓元素部分取代铟，又称为铜铟镓硒（CIGS ）薄膜太阳能电池。
CIGS 电池简介
CIS电池基本结构 1976年，Maine大学首次报道了 CIS/CdS异质结薄膜太阳能电池，
效率4-5%。
2、CIGS结构特性 CuInSe2固态相变温度分别是665和810℃,熔点为987℃。低于 665℃时，CIS以黄铜矿结构晶体存在。温度高于810℃时， 呈现闪锌矿结构。温度介于665℃和810℃时为过渡结构。
太阳能电池的发展历史
太阳能电池的发展历史太阳能电池是一种能够将太阳光转化为电能的装置，它在人类的能源利用和环境保护方面起着重要的作用。
本文将详细介绍太阳能电池的发展历史，从最早的实验到现代高效的太阳能电池技术。
1. 太阳能电池的起源太阳能电池的发展可以追溯到19世纪初。
1839年，法国物理学家贝克勒尔发现了光电效应，即光照射到某些物质上时，会产生电流。
这一发现为太阳能电池的发展奠定了基础。
2. 第一代太阳能电池：硒电池1876年，美国发明家威尔洛夫·史密斯创造了第一台太阳能电池，它使用了硒作为光敏材料。
这种硒电池虽然效率较低，但是为后来的太阳能电池技术奠定了基础。
3. 第二代太阳能电池：硅太阳能电池20世纪50年代，美国贝尔实验室的研究人员发明了第一台硅太阳能电池。
硅太阳能电池利用硅半导体材料的光电效应将太阳能转化为电能。
这种硅太阳能电池效率较高，成本相对较低，因此成为当时最主要的太阳能电池技术。
4. 第三代太阳能电池：多结太阳能电池20世纪80年代，研究人员开始尝试使用多结太阳能电池。
多结太阳能电池是在硅太阳能电池的基础上，通过在不同的材料之间形成多个结构层，提高了太阳能电池的效率。
这种多结太阳能电池在光吸收和电子传输方面具有更好的性能，因此能够提高太阳能电池的效率和稳定性。
5. 第四代太阳能电池：钙钛矿太阳能电池近年来，钙钛矿太阳能电池成为太阳能电池领域的热点研究方向。
钙钛矿太阳能电池利用钙钛矿材料的光电效应将太阳能转化为电能。
这种太阳能电池具有高效率、低成本和易制备等优点，被认为是未来太阳能电池技术的发展方向。
6. 太阳能电池的应用太阳能电池的应用范围越来越广泛。
在家庭居住方面，太阳能电池可以用于给家庭供电，减少对传统能源的依赖。
在交通运输方面，太阳能电池可以用于驱动电动汽车，减少汽车尾气的排放。
在航天领域，太阳能电池被广泛应用于卫星和空间站，为宇航员提供电力。
此外，太阳能电池还可以用于农业灌溉、水泵供水等领域。
太阳能电池的发展历史
太阳能电池的发展历史太阳能电池是一种能够将太阳能转化为电能的装置，被广泛应用于各种领域，包括太阳能发电、太阳能热水器等。
下面将详细介绍太阳能电池的发展历史。
1. 19世纪初：光电效应的发现太阳能电池的发展始于19世纪初，当时科学家发现了光电效应，即光照射到某些金属表面时，会产生电流。
这一发现为太阳能电池的原理奠定了基础。
2. 20世纪初：第一代太阳能电池的诞生在20世纪初，美国科学家查尔斯·菲里斯成功创造出第一台太阳能电池。
这种太阳能电池采用了半导体材料硒化铜作为光敏材料，效率较低，并且成本较高，限制了其商业化应用。
3. 20世纪50年代：硅太阳能电池的问世20世纪50年代，贝尔实验室的科学家们发现，硅材料对太阳光有较好的吸收和转化效果，于是研制出了第一代硅太阳能电池。
这种太阳能电池的效率较高，成本较低，开始逐渐应用于航天领域。
4. 20世纪70年代：第一次石油危机的推动20世纪70年代，第一次石油危机爆发，能源危机成为全球关注的焦点。
太阳能电池因其可再生、清洁的特点备受关注，各国政府开始大力投资太阳能电池的研发和应用。
5. 20世纪90年代：多晶硅太阳能电池的突破20世纪90年代，科学家们通过改进硅材料的制备工艺，成功研制出了多晶硅太阳能电池。
与传统的单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池的创造成本更低，效率也有所提高。
6. 21世纪初：薄膜太阳能电池的崛起21世纪初，薄膜太阳能电池成为太阳能电池领域的新兴技术。
薄膜太阳能电池采用了非晶硅、铜铟镓硒等材料，具有创造成本低、柔性化等优势，被广泛应用于建造一体化、便携式充电器等领域。
7. 当前：高效太阳能电池的研究与应用目前，科学家们正在不断研究和开辟高效太阳能电池技术。
其中，单晶硅太阳能电池、多结太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等技术逐渐成熟并应用于实际生产中。
这些高效太阳能电池的问世，进一步推动了太阳能产业的发展。
总结：太阳能电池的发展历史经历了多个阶段，从最初的光电效应的发现到硅太阳能电池的问世，再到薄膜太阳能电池的崛起，每一次技术突破都推动了太阳能电池的应用领域扩大和效率提升。
CIGS太阳电池的研究进展
Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳电池研究进展李长健，乔在祥，张力作者简介：李长健(1936—)，男，天津市汉沽区人，南开大学教授。
20世纪80年代初开始非晶硅薄膜太阳电池研究，研制成我国第一块非晶硅肖特基势垒太阳电池(Au/a-Si)和我国第一个以非晶硅电池制作的标准电池并主持起草了关于非晶硅太阳电池测试方法、标准电池和光谱响应测试等三项国家标准。
20世纪80年代末期开始从事CIGS薄膜太阳电池研究。
先后完成“高效四端薄膜太阳电池”、“CIS薄膜太阳电池研究”、“CIS/CdS薄膜太阳电池开发研究”等天津市和国家科委的攻关项目，1999年1 cm2小面积电池效率达到9.13%，为国内领先水平。
2001年起参与国家“十五”“863”项目“铜铟硒太阳能薄膜电池试验平台与中试线”的研究工作。
2003年1 cm2小面积电池效率达到12.1%。
目前，小面积电池效率已接近15%，开始大面积CIGS光伏组件的开发研究，同时开展了柔性和非真空法等新型的CIGS 电池研究，为我国CIGS薄膜太阳电池的产业化打下了坚实的基础。
本文其他作者单位：南开大学信息技术科学学院光电子研究所天津300071Cu(In, Ga)Se2(CIGS)是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体材料，具有黄铜矿晶体结构，以它为吸收层的太阳电池称为CIGS薄膜太阳电池。
此电池具有如下特点：(1)光电转换效率高。
2008年美国国家可再生能源实验室(NREL)研制的小面积CIGS薄膜太阳电池光电转换效率已达到19.9%，是当前各类薄膜太阳电池的最高记录。
(2)电池稳定性好，使用过程中性能基本无衰降。
(3)抗辐照能力强，用作空间电源有很强的竞争力。
(4)弱光特性好。
(5)三元CuInSe2(CIS)薄膜的禁带宽度是1.04 eV，通过适量的Ga取代In，形成CIGS四元多晶固溶体，其禁带宽度可在1.04～1.67 eV范围内连续可调。
(6)CIGS是直接禁带材料，其可见光吸收系数高达105 cm－1数量级，非常适合太阳电池的薄膜化。
铜铟稼硒太阳能电池
1988年，CIS薄膜电池的研究取得了重大进展。ARCO公司(现美国 Shell公司前身)采用溅射Cu、In预置层薄膜后，用H2Se硒化的工艺制备 了转换效率达到14. 1%的CIS电池，电池I--V曲线及各性能参数见图6.3。 ARCO制备的电池采用玻璃衬底/Mo层/CIS/CdS/ZnO顶电极结构，这种 器件结构的设计增大了电池的短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF)。其中 缓冲层CdS厚度低于50nm，可以透过大量的光并拓宽了吸收层的光谱响 应，使电池的短路电流密度达到了41mA/cm2。另外，织构ZnO抑制了光 学反射也对Jsc有贡献。ARCO公司的成功使溅射预置层后硒化法和多元 共蒸发法共同成为制备高效率CIS薄膜电池的主流技术。
CIGS薄膜光伏组件发展始于小面积电池效率超过10%以后。很多公司一 直致力于CIGS薄膜电池的产业化发展，并在组件的研制方面取得了很大的 进展. 见图6.5。NREL在小面积电池中绝对领先，瑞典乌勃苏拉大学(ASC) 小组件的研制处于最高水平，2003年19.59cm2的组件效率达到了16.6%。 在这些公司中，美国ARCO SOLAR在大面积CIGS I组件研制中处于领先水 平。1987年，ARCO公司采用溅射金属预制层，用H2Se硒化的两步工艺在 小面积 (3.6cm2)电池效率12.5%的基础上制备大面积组件。在65cm2的面积 上制作14个子电池串联的组件效率为9.7%，在30× 30cm2上制作50个子电 池的组件效率达到9.1% 。此后该公司几经转手，2001年成为美国Shell Solar公司。该公司在溅射后硒化的基础上开发了快速热处理（RTP)技术， 使10× 10cm2组件的效率达到14.7%，2004年制备的60cmX90cm的大面 积组件效率为13. 1%，单片输出功率可到65Wp，达到产业化水平。
太阳能电池的发展和制造技术研究
太阳能电池的发展和制造技术研究随着人们对环境保护和可持续发展的意识不断提高，太阳能作为一种清洁、可再生的能源正受到越来越广泛的关注。
太阳能电池作为太阳能利用的核心技术之一，其发展和制造技术研究也逐步深入，本文就此进行探讨。
一、太阳能电池的发展历程太阳能电池的历史可以追溯到19世纪初，当时英国科学家贝克勒尔发现了光电效应。
但直到20世纪50年代，太阳能电池的制造技术才开始快速发展。
1954年，贝尔实验室的科学家丹尼尔斯和贝纳特发明了第一种完全实用的硅太阳能电池，转换效率为6%左右。
随着技术的不断成熟，太阳能电池的转换效率不断提高，同时也不断降低成本，变得越来越经济实用。
目前，太阳能电池已经广泛应用于航天、家庭用电、交通信号灯等领域。
二、太阳能电池的制造技术研究1.硅太阳能电池制造技术目前市场上主要采用的太阳能电池是硅太阳能电池，因为硅太阳能电池具有稳定性高、寿命长、效率高等优点。
硅太阳能电池的制造技术主要包括晶体生长、切片、表面抛光、清洗、电极沉积、锗涂覆、打孔等工序。
2.铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池制造技术与硅太阳能电池不同，CIGS太阳能电池采用的材料是铜、铟、镓、硒等，因此具有生产成本低、转换效率高、重量轻等优势。
CIGS太阳能电池的制造技术主要包括玻璃衬底涂布、物理气相沉积、真空蒸镀、高温退火等工艺。
3.钙钛矿太阳能电池制造技术钙钛矿太阳能电池在转换效率方面已经接近硅太阳能电池的水平，同时也具有制作工艺简单、成本较低等优点。
钙钛矿太阳能电池的主要制造工艺是采用溶剂沉淀法制备含有钙钛矿晶体的薄膜，然后对其进行退火、电极化等工序。
三、未来发展方向和应用前景未来太阳能电池技术的发展方向主要是提高转换效率、降低成本、增强安全性。
具体来说，主要包括以下几个方面：1.研发新型太阳能电池材料，如钙钛矿、铜锌锡硫等材料；2.优化太阳能电池制造工艺，提高生产效率和成品率；3.开发新型太阳能电池组件，如柔性太阳能电池、透明太阳能电池等；4.研究可再生能源与能源存储技术的集成，完善太阳能发电系统的能量转化和存储能力。
CIGS太阳能电池的发展历史
NREL—19.9% 2008年2月
source：/doi/10.1002/pip.822/pdf
2008年10月
Source:http://www.op-solar.de/pdfs/The%20first%2020-percent%20thin-film%20cell.pdf
• • • • ••
university of maine boeing ARCO Solar(即Siemens Solar) NERL Euro-CIS ZSW :
• EMPA (Flex polymer sub) The Swiss Federal
Laboratories for Materials Science and Technology
Michael Powalla. High-efficiency Cu(In,Ga)Se2 cells and modules. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2013
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Germany (Centre for Solar Energy and Hydrogen Research, )
1 2
CIGS电池由最初的CIS电池发展而來，薄膜材 料CIS是在1953年由Hahn首次合成。
Chalcopyrite （黄铜矿结构）
Red = Cu, yellow = Se, blue = In/Ga
/pv/multijunction.html#addressing sorse : NREL
In the IMM cell, high-performance subcells are realized by: (1) inverting the usual growth order, growing mismatched cells last, (2) (2) engineering a transparent buffer layer to mitigate dislocations, (3) (3) removing the primary substrate/attachment to the secondary "handle."
太阳能电池的发展历史
太阳能电池的发展历史此外，不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。
例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。
有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。
因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。
1. 第一代太阳能电池第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。
按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。
单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。
从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。
我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。
多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。
其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。
2.第二代太阳能电池第二代太阳能电池以各种薄膜为基底制造出的电池。
膜技术所需的材料较晶体硅太阳电池少得多，且易于实现大规模生产。
薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟硒薄膜电池。
我国南开大学于20世纪80年代末开始研究铜铟硒薄膜电池，目前在该研究领域处国内领先、国际先进地位。
其制备的铜铟硒太阳电池的效率已经超过12%。
铜铟硒薄膜太阳电池的试生产线亦已建成。
我国在染料敏化纳米薄膜太阳电池的科学研究和产业化研究上都与世界研究水平相接近。
在染料敏化剂、纳米薄膜修饰和电池光电效率上都取得与世界相接近的科研水平，在该领域其有一定的影响。
- 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)。
铜铟硒太阳电池
• 铜铟硒(CuInSe2, CIGS)薄膜太阳能电池具有以下特点： • (1)铜铟硒薄膜的能隙为1.04eV，通入适量的镓取代铟 • (2)铜铟硒是一种直接能隙材料，其可见光的吸收系数高达105cm-1数量
4
美国再生能源实验室(NREL)发明了拥有更高的光电转换效率 的CIGS电池﹐这就是现代CIGS太阳能电池的雏形。
5 2010年，德国太阳能和氢能研究中心(ZSW)采用用共蒸
发法使CIGS电池上达到了20.3%的高转换效率﹐使CIGS
薄膜的效率与仍然主导市場的多晶硅太阳能电池之间的 差距縮小到了0.1%。
• university of maine
• boeing
• ARCO Solar(即Siemens Solar)
• NERL
• Euro-CIS
•
ZSW : Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Germany
source:/doi/10.1002/pip.1078/pdf
EMPA -20.4% 2013年1月
/news/empa_achieves_record_efficiency_for_converting_sunlight_into_electricity
料CIS是在1953年由Hahn首次合成。
2 1974年，贝尔实验室的Wagner等人
制备出第一块CIS太阳能电池。
3
19世紀80年代，波音公司和ARCO Solar(即Siemens Solar)公司
分別用共蒸发和溅射硒化法进行了进一步研究。之后，又将CIS的
材料中参入镓（Ga）和硫（S）元素使之与太阳光谱更匹配。
In the IMM cell, high-performance subcells are realized by: (1) inverting the usual growth order, growing mismatched cells last, (2) (2) engineering a transparent buffer layer to mitigate dislocations, (3) (3) removing the primary substrate/attachment to the secondary "handle."
(a) shows only a few smaller grains with a diameter of approximately 0.5–1.0 μm, (b) (b); however, nearly all of the left half of the cross-section is filled with grains of that smaller size, (c) (c) we even find a continuous bottom layer of 0.5 μm thickness that consists of grains with a diameter of
级，相较于硅基系列(mono-Si, a-Si)，更多了约100倍以上的吸收，非 常适合做为薄膜太阳能电池的吸收层。 • (3)技术成熟后，制造成本和回收时间将远低于晶体硅太阳能电池。 • (4)抗辐射能力强。 • (5)高光电转换效率，目前铜铟镓硒薄膜太阳能电池的最高转换效率已达 20.3%，是所有薄膜太阳能电池中的最高纪录。 • (6)电池稳定性佳，效率稳定几乎不衰减。 • (7)弱光特性好。因此铜铟硒薄膜太阳能电池可望成为新一代太阳能电池 的主流产品之一。
The morphology of the CIGS absorber.
Although we observe large grains with a diameter of approximately 2 μm in all three examples, we always see smaller grains right beside these as well.
(Centre for Solar Energy and Hydrogen Research, )
• EMPA (Flex polymer sub) The Swiss Federal
Laboratories for Materials Science and Technology
1 CIGS电池由最初的CIS电池发展而來，薄膜材
.
• beginning with about 6% efficient cells at the University of Maine .
EuroCIS-14.8% 1993年
BOEING-15.9%
1994年
/getpdf/servlet/GetPDFServlet?filetype=pdf&id=APCPCS000306000001000059000001&idtype=cvips&doi=10.1063/1.45732&prog=normal
NREL—19.9% 2008年2月
source：/doi/10.1002/pip.822/pdf
2008年10月
Source:http://www.op-solar.de/pdfs/The%20first%2020-percent%20thin-film%20cell.pdf
6
2013年，瑞士联邦材料科学与技术实验室（EMPA）宣布
其研发的柔性衬底铜铟镓硒CIGS太阳能光伏电池已凭借
20.4%的高转换效率刷新世界记录
Chalcopyrite （黄铜矿结构）
Red = Cu, yellow = Se, blue = In/Ga
/pv/multijunction.html#addressing sorse : NREL
ZSW -20.1% 2010年4月
Dr. Michael Powalla
/news/cigs_record_of_20.1_efficiency_reported_by_researchers_at_zsw
ZSW -20.3% 2010年8 月
Dr. Michael Powalla