铜铟镓硒(CIGS)薄膜的制备
0174.铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池
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
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电池的最高效率记录，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%
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳 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
铜铟镓硒太阳能电池和半导体器件的制备与性能优化
铜铟镓硒太阳能电池和半导体器件的制备与性能优化铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池作为一种高效的薄膜光伏材料，在可再生能源领域备受关注。
本文将介绍CIGS太阳能电池和半导体器件的制备过程，并探讨如何优化其性能。
1. CIGS太阳能电池的制备过程CIGS太阳能电池的制备主要包括以下几个步骤：1.1 基板清洗首先，将玻璃或复合金属基板进行清洗，以去除表面的杂质和污染物，确保接下来的制备过程中获得干净的基板。
1.2 氧化层制备在基板表面形成适当的氧化层，常用的方法有热氧化和物理气相沉积（PECVD）。
氧化层的形成可以增强材料的吸附性能和界面结合强度。
1.3 材料沉积将铜、铟和镓等金属元素以适当的比例沉积在氧化层上，形成CIGS薄膜。
沉积方法主要有物理气相沉积、磁控溅射和蒸发等。
1.4 烧结和晶化通过高温处理使金属元素发生扩散和反应，形成CIGS晶体结构。
烧结和晶化过程中的温度和时间控制非常重要，它们直接影响到CIGS薄膜的结晶度和光电转换效率。
1.5 背电极制备在CIGS薄膜上沉积背电极，常用的材料是钼。
背电极起到电子收集和传输的作用，对太阳能电池的性能有重要影响。
1.6 正电极制备在背电极上制备透明导电氧化物层，例如氧化锌（ZnO）和氧化镓锌（IGZO）。
正电极的制备需要保证良好的透明性和导电性。
2. CIGS太阳能电池性能的优化为了提高CIGS太阳能电池的性能，可以从以下几个方面进行优化：2.1 材料组成和晶体结构调节CIGS薄膜中铜、铟、镓和硒的比例，以满足最佳的能带结构和光电转换效率。
此外，通过控制烧结和晶化条件，可以改善晶体结构和缺陷密度，提高载流子迁移性能。
2.2 光吸收层厚度CIGS薄膜的厚度对光吸收和载流子产生的效率有影响。
通过适当调整光吸收层的厚度，可以最大限度地充分吸收太阳能光子，提高光电转换效率。
2.3 界面和接触优化CIGS与背电极和正电极之间的界面和接触能够提高电子和空穴的收集效率。
CIGS薄膜太阳能电池材料的制备 结构及性能研究
三、玻璃基太阳能电池薄膜材料的性能研究
2、电学性能：薄膜材料的电学性能主要包括导电性能、电荷传输性能和接触 电阻等。这些性能直接影响着太阳能电池的电流和电压输出。因此，研究薄膜材 料的电学性能及其影响因素，有助于提高太阳能电池的电学性能和稳定性。
三、玻璃基太阳能电池薄膜材料的性能研究
3、稳定性：太阳能电池在长期使用过程中会受到环境因素的影响，如光照、 温度、湿度等。因此，研究薄膜材料的稳定性及其影响因素，有助于提高太阳能 电池的使用寿命和稳定性。
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
1、光学性能：CIGS薄膜具有较高的光学吸收系数，这使得其能够有效地吸收 太阳光并转化为电能。在可见光波段，CIGS薄膜的吸收系数大于10^4 cm-1，而 在红外波段，吸收系数则下降至3000-4000 cm-1。
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
4、环境友好性：CIGS太阳能电池在生产和使用过程中产生的环境污染较小， 且材料可回收再利用。这使得其成为一种具有可持续发展潜力的能源形式。
参考内容
内容摘要
随着全球对可再生能源需求的日益增长，薄膜太阳能电池作为一种清洁、高 效、可灵活制备的能源转换技术，受到了广泛。其中，铜、铟、镓、硒（CIGS） 薄膜太阳能电池是研究最为活跃的一类。CIGS太阳能电池具有高光电转换效率、 低成本、可柔性制备等优势，被认为是下一代薄膜太阳能电池的主流技术之一。 本次演示将对CIGS薄膜太阳能电池吸收层的制备工艺进行综述。
溶液处理法制备CIGS薄膜一般包括：溶液混合、薄膜沉积和硒化处理等步骤。 在制备过程中，各元素的化学计量比、溶液浓度、沉积温度和硒化条件等因素对 薄膜的结构和性能有重要影响。因此，优化制备工艺，实现CIGS薄膜的可控制备， 对于提高CIGS太阳能电池的光电转换效率具有重要意义。
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薄膜太阳能电池生产流程
cigs薄膜太阳能电池生产流程英文回答：CIGS Thin Film Solar Cell Manufacturing Process.CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) thin film solar cells are a type of photovoltaic cell that convertssunlight into electricity. They are made of a thin layer of CIGS material deposited on a substrate, typically glass or metal. CIGS solar cells are lightweight, flexible, and efficient, making them a promising technology for widespread use in solar energy applications.The manufacturing process of CIGS thin film solar cells involves several steps:1. Substrate preparation: The substrate is cleaned and prepared to receive the CIGS layer. This may involve etching or other surface treatments.2. CIGS deposition: The CIGS layer is deposited using a variety of techniques, including physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and sputtering.3. Buffer layer deposition: A buffer layer is deposited on top of the CIGS layer. This layer helps to protect the CIGS layer from oxidation and other environmental factors.4. Front contact deposition: A front contact is deposited on top of the buffer layer. This contact collects the electricity generated by the solar cell.5. Back contact deposition: A back contact is deposited on the back of the substrate. This contact provides a path for the electricity to flow out of the solar cell.6. Encapsulation: The solar cell is encapsulated in a protective material, such as glass or plastic. This protects the solar cell from the elements and ensures its long-term durability.CIGS thin film solar cells are a promising technologyfor widespread use in solar energy applications. They are lightweight, flexible, and efficient, and they can be manufactured at a relatively low cost. As the technology continues to develop, CIGS solar cells are likely to become increasingly competitive with other types of solar cells.中文回答：CIGS 薄膜太阳能电池生产流程。
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。
丝网印刷工艺制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜
法保证薄膜的均匀性， 使得产业化的应用受到了一定的限制． 近年来， 丝网印刷法作为一种非真空工艺，由于具有成本低、节省原料、操作简单、制备周期短等优点， 成
为大面积 ＣＧ Ｉ Ｓ薄膜 电池研制的热点技术． 迄今为止， 丝网印刷法制备的 ＣＧ Ｉ Ｓ电池效率达到 １％， ４ 使得 ＣＧ ＩＳ 电池产业化成为可能． 然而， 在丝网印刷 ＣＧ 薄膜过程中， ＩＳ 还存诸多的问题需要解决． 例如， 高纯度单相 ＣＧ 纳米粉末的获得就 ＩＳ 是一个非常的过程． ｈｎ Ｃ ｕ 等人【 ４ 通过 ｘ射线衍射仪（ Ｒ ） Ｘ Ｄ 测试分析 了合成的 ＣＧ 粉末， ＩＳ 结果显示粉末中同时含
４４ ３
西南民族大学学报 ・ 自然科学版
第 ３ 卷 ８
本文通过球磨 Ｃ ｌ － ａ２ ｅ 颗粒获得 ＣＧ ｕ ０５ ０５ ２ ｎ ７ ．Ｓ Ｇ Ｉ Ｓ纳米粉末， 采用丝 网印刷工艺制备前驱层， 经不同高温后处 理方式处理后可以获得致密均匀单一相 的 ＣＧ Ｉ Ｓ薄膜． 硒化的温度越高， 薄膜的结 晶性越好． 同时掺杂高熔点硫 化锑（ｂＳ） 以有效地改善 ＣＧ Ｓ ２３ 可 Ｉ Ｓ薄膜的结晶性．
第 ３ 卷第 ３ ８ 期
文 章编 号 ：０ ３２ ４（０２０ －４ １ ４ １ｏ —８ ３２ １）３０ ３－ ０
西南民族大学学报 ・ 然科学版 自
Ｊ ｕ ａ ｆ ｏ ｔ ｗｅ ｔ ｏ ｒ ｌ Ｓ ｕ ｈ ｓ ｉｅ ｓｔ ｏ ｔ ｎ ｌ ｉｓＮａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｎ ｏ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｒ ｙ Ｎａ ｉ ａ ｉ ｅ ・ ｔ ｒ ｌ ｉｎ ｅＥ ｉ ｏ ｏ ｔ Ｓ ｉ
参 考 文献 ：
［１ Ｐ Ｐ ＮＳＩＣ ＮＴ Ｅ ＡＳＭＡ， Ｇ ＳＢ ｅａ． ９ ％－ｆ ｃ ｎ ｎ ／ ｄ ／ ｕｎ ａ ｅ ｌ ｌｗｔ １ ％ ｆ ｌａｔｒ ］Ｐ ｏｒｓ ｉ １ ＥＩ Ｏ ＲＲ ． Ｅ ＡＡ ，ｔ １１ ． ｅ ｉ ｔ Ｏ Ｃ ＳＣ ｌＧ Ｓ ２ｓ ａ ｅ ｌ ｉ ８ ． ｉ ｃｏ［ ． ｒｇｅｓｎ ９ ｉ ｅ Ｚ ｏ ｒ ｅ ｈ ２ ｌｆ Ｊ
CIGS电池技术分析
CIGS电池技术分析本文主要阐述铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池的研究进展，概述了CIGS薄膜太阳能电池的薄膜构成及特性。
介绍了CIGS薄膜吸收层的制备技术，如多元共蒸发法、溅射后硒化法及缓冲层的制备技术。
1、CIGS薄膜太阳电池的结构及性能特点CIGS是一种半导体材料，是在通常所称的铜铟硒(CIS)材料中添加一定量的ⅢA族Ga元素替代相应的In元素而形成的四元化合物。
鉴于添加Ga元素后能适度调宽材料的带隙，使电池的开路电压得到提高，因此，近年来CIGS反而比CIS更受关注。
本文中描述的CIGS和CIS将具有同等意义。
单晶硅、多晶硅以及非晶硅属于元素半导体材料，尤其单晶硅，在电子、信息科学领域占据着不可撼动的地位，作为硅太阳电池，只是它诸多的重要应用之一。
与硅系太阳电池在材料性质上有所不同的是，CIGS属于化合物半导体范畴。
固体物理学的单晶硅金刚石型晶体结构和CIGS黄铜矿型晶体结构如图1所示。
图1：:晶硅金刚石结构和CIGS黄铜矿结构太阳电池的基本原理是光生伏特效应:光照下，pn结处的内建电场使产生的非平衡载流子向空间电荷区两端漂移，产生光生电势，与外路连接便产生电流单结CIGS薄膜太阳电池的基本结构由衬底、背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、减反层、电极层组成。
典型的CIGS薄膜太阳电池的结构为:Glass/Mo/CIGS/ZnS/i-ZnO/ZAO/MgF2，如图2所示。
图2CIGS是一种直接带隙材料，对可见光的吸收系数高达105(cm-1)，优于其他电池材料。
对比图3中的各种薄膜电池材料吸收系数的曲线，可知CIGS材料的吸收系数最高。
CIGS薄膜电池的吸收层仅需1～2mm厚，就可将阳光全部吸收利用。
因此，CIGS最适合/做薄膜太阳电池，其电池厚度薄且材料用量少，大大降低了对原材料的消耗，减轻了In等稀有元素的资源压力。
除了材料上的有点之外，CIGS薄膜太阳能电池还具有抗辐射能力强、发电稳定性好、弱光发电性好、并且转换效率是薄膜太阳能电池之首，目前室内转换效率可达20%。
张嘉伟-铜铟镓硒(修正版)11
CIGS薄膜太阳电池结构和吸收层制备工艺综述摘要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。
本文综述了CIGS太阳电池的结构和吸收层的制备工艺。
关键词：CIGS；吸收层；三步共蒸发法；Na掺杂；THE STRUCTURE OF CIGS THIN FILM SOLAR CELL AND PROCESSING OF ABSORBER LAYERAbstractCIGS thin film solar cells with a very thin absorber layer, a high optical absorber coefficiency, adjustable band gap, high stability and low cost get more and more attentions from the photovoltaic industry. At present, the conversion efficiency of CIGS thin solar cells in the laboratory has been 19.5%. It is likely to be the main production of the thin-film battery in the future photovoltaic market. This paper reviews the structure of CIGS solar cell and the processing of the absorber layer.Key Words: CIGS; absorber layer; three-stage co-evaporation; Na doping1引言早就有人预言20世纪60年代以后，石油会逐渐枯竭。
两步法制备CIGS薄膜的工艺研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｓ ｌ ｎ ｚ ｔ ｎ ｏ ｔ ｃ ｌ ｍｅ ｔ ａ ｅ ｓ ｏ ｐ ｅ ａ ｅ Ｃ ＧＳ ｆ ｍｓｗａ ｔ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｔ ｌ ． ｓｒ ｃ ： ｈ ｔ ｏ ｆ“ ｅｅ ｉａｉ ｆ ａ ｋ ｅｅ ｎ ｙ ｒ ”ｔ ｒ ｐ ｒ Ｉ ｌ ｓｓｕ ｉｄ ｉ ｓ ｒｉ ｅ ｏ ｓ ｌ ｉ ｈ ｃ
Ｓ ｕ ｎ ｔ ｄｙ ｏ Ｔｗｏ Ｓ ｅ Ｐｒ ｃ ｓ ｆＰｒ ｐ ｒ ｎ ＧＳ Ｆｉｍ ｓ － ｔ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｅ ａ ｉ ｇ ＣＩ ｌ
Ｌ ＡＯ Ｃ ｅ ｇ ＨＡＮ Ｊ ｎＦ ｎ ＪＡＮＧ Ｔ ｏ ＸＩ ａＭｕ ＪＡＯ Ｆ ｉ Ｚ Ｉ ｈｎ ｕ — ｅ ｇ Ｉ ａ Ｅ Ｈｕ — Ｉ ｅ ＨＡＯ Ｋｕ ｉ （ｔｅＫ ｙＬｂ ｒ ｏ ｕｌ ｒ ｈｓ ｓ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｅ ｉ ｎ ｅｓｙ Ｂ ｉｎ ０ ８ １ Ｃ ｉａ Ｓａ ｅ ａ ｏａ ｒ ｏ ｃ ａ ｙｉ ｄＴｃ ｎｌ ｙ Ｐ ｋｎ Ｕ ｉ ｒｉ， ｅ ｉ １０ ７ ， ｈｎ） ｔ ｔ ｙ ｆＮ ｅ Ｐ ｃ ａ ｏ ｇ ｖ ｔ ｊｇ
Ｃｕ Ｇａ ｎ Ｉ ｍｅａ ｌｃ ａ ｅ ｓ — ａ ｄ ｎ ｔｌｉ ｌｙ ｒ ｗｅ ｅ ｅ ｏ ｉ ｄ ｌｅ ｎ ｔｖ ｌ ｂ ｍａ ｎ ｔ ｓ ｕ ｔ ｒｎ ．ｗｈ ｃ ｗａ ｆ ｌｏ ｄ ｙ ｒ ｄ ｐ ｓｔ ａ ｔｒ ａｉｅ ｙ ｙ ｅ ｇ ｅ ｉ ｐ ｔｅ ｉ ｇ ｃ ｉｈ ｓ ｏ ｌｗｅ ｂ
ｓｌｎｚｔ ｎ４ ０ｑ） ｎ ｎ ｅｌ ｇ５ ０℃）Ｔ ｅＳ Ｍ ｈｗ ｄｔａ Ｃ Ｇ ｌ ｐ ｅｒｄｓ ｏｈａ ｄｃｍ ａｔ ｈ ｎ ｅ ｉ ｉ （５ Ｃ ａｄａ ｎ ａ ｎ （５ ｅ ａｏ ｉ ． ｈ Ｅ ｓｏ ｅ ｔ Ｉ Ｓｆｍ ａ ｐａｅ ｍｏｔ ｎ ｏ ｐ ｃ ｗ ｅ ｈ ｉ
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。
铜铟镓硒薄膜光伏电池
铜铟镓硒薄膜光伏电池
铜铟镓硒（Copper Indium Gallium Selenide，缩写为CIGS）薄膜光伏电池是一种薄膜太阳能电池技术，它使用CIGS化合物作为光吸收层，具有较高的光电转换效率和适应性。
以下是铜铟镓硒薄膜光伏电池的主要特点和工作原理：
1.化合物半导体层：CIGS电池的关键部分是其光吸收层，
即铜铟镓硒薄膜。
这个复合材料的特性使得它在光谱范围内都
能有效吸收光线，从紫外线到可见光和红外线。
2.光电转换：光被吸收后，CIGS层中的电子被激发并跃
迁到导带中，形成电子-空穴对。
这些载流子会在电池中形成电
流，从而实现光能到电能的转换。
3.适应性：CIGS薄膜光伏电池相比其他太阳能技术，如
硅基太阳能电池，具有更高的光吸收系数，这使得它对于光照
弱或光照不稳定的环境更为适应，包括阴天和部分阴影的情况。
4.薄膜结构：CIGS电池采用薄膜结构，因此相对于厚硅
太阳能电池而言，具有较低的材料成本和更轻便的重量。
这种
薄膜结构还有助于在弯曲表面或柔性基材上制造可弯曲的太阳
能电池。
5.高效率：CIGS薄膜光伏电池的转换效率通常较高，可
以达到硅太阳能电池的水平，甚至更高。
这使得其成为一种具
有竞争力的太阳能技术。
尽管CIGS薄膜光伏电池在一些方面具有优势，但也需要克服一些挑战，如生产成本和稳定性。
然而，这一技术在不断发展和改进中，被广泛研究用于提高太阳能电池的性能和降低成本。
cigs薄膜太阳能电池的原理及制备
cigs薄膜太阳能电池性能改
04
进及优化
优化设计薄膜结构
优化薄膜厚度
通过调整薄膜厚度，可以优化太阳能电池的光吸收和载流子输运性能。较薄的薄膜可以增 加光吸收，但可能影响载流子的输运效率；较厚的薄膜可以提供更多的载流子输运通道， 但可能降低光吸收。因此，需要找到合适的厚度平衡点，以实现最佳性能。
调整薄膜成分
目前CIGS薄膜太阳能 电池的生产效率相对 较低，影响了其大规 模应用。
环保问题
CIGS薄膜太阳能电池 的生产过程中可能产 生环境污染，需要采 取环保措施降低对环 境的影响。
06
Байду номын сангаас
结论与展望
研究成果总结
高效性能
通过优化薄膜厚度和结构，CIGS薄膜 太阳能电池展现出了高效的性能，其
光电转换效率高达20%以上。
短路电流（ISC）
在零负载条件下，太阳能 电池的最大输出电流。
填充因子（FF）
衡量太阳能电池整体效率 的重要参数，等于最大输 出功率与开路电压和短路 电流乘积之比。
转换效率（η）
太阳能电池将光能转换为 电能的效率，通常以百分 比表示。
cigs薄膜太阳能电池制备方
03
法
真空蒸镀法
原理：真空蒸镀法是一种物理气相沉积技术，其 原理是将待沉积的材料置于真空室中，通过加热 蒸发材料并使其沉积在基底上，形成薄膜。
低成本
相对于传统的硅基太阳能电池，CIGS 薄膜太阳能电池具有较低的生产成本
，有利于大规模应用和推广。
稳定性良好
CIGS薄膜太阳能电池具有良好的热稳 定性和化学稳定性，能够在各种环境 下稳定运行。
应用广泛
CIGS薄膜太阳能电池适用于各种表面 和形状，如建筑、汽车、航空航天等 领域。
铜铟镓硒薄膜电池工艺流程
铜铟镓硒薄膜电池工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池是一种薄膜太阳能电池，具有较高的转换效率和良好的稳定性，受到了广泛关注。
- 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)。
Kwak et al. Crystal Growth & Design, Vol. 10, No. 12, 2010
Kwak et al. Crystal Growth & Design, Vol. 10, No. 12, 2010
2.4 纳米晶墨水印刷法
该方法包括前驱物纳米晶墨水制备和薄膜的制作。
• 其他方法沉积得到符合元素化学计量比的CIGS 薄膜比较困难并且容易出现二元或一元杂相,影 响了电池效率的进一步提高.
• 溅射后硒化法被视作更理想的产业化路线,目前 国际上生产线也多采用此方法.
31
台湾
子 南子 北 中 孚 铼 所 开所 大 科 日 德
光等院 电离
大陆
Jap
A
3.2 目前研究
1.1背景
太阳能电池发电原理
1.2 CIGS简介
CulnSe2(CIS)属于I–III–VI 族化合物，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 。 CIS中引入 Ga部分替代In形成CIGS (CuInxGa(1-x)Se2)，它是直 接带隙半导体材料，带隙 可在一较大范围内调节。 作为光的吸收层，CIGS是 薄膜电池的核心材料，
CIGS晶体黄铜矿结构示意图
多元相图
1.3 CIGS薄膜太阳能电池结构
CIGS电池中异质结能带结构图
不同材料的光吸收系数
1.4 CIGS太阳能电池的优势及应用
• 性能优点
导体禁带能隙在1.0~1.7eV之间可调
吸收系数高，达到105cm-1 与缓冲层CdS有良好的晶格匹配 直接能隙，具有光子再循环效应 没有光致衰退效应
Reline试剂：氯化 胆碱，尿素
GaCl3 SeCl4 CuCl2 InCl3 45mM 60mM 7.5mM 55mM
沉积条件:
温度 时间
阴极电位
65℃ 150min -0.2到-2.2v
结果：2+μm的Cu1.0(In0.7, Ga0.3)Se2层，无微裂纹，光 学性能良好。
One-pot electrodeposition, characterization aAnd photoactivity of stoichiometric cop2p3er indium gallium diselenide (CIGS) thin films for solar cells. J. Mater. Chem (2010)
(In,Ga)(g)+Se(g)→(In1-xGax)2Se3(s) (1)
2、升高基底温度到570℃,蒸发Cu、Se。借助低
熔点的Cu2-xSe，形成表面富Cu的CIGS薄膜。
(In1-xGax)2Se3(s)+Cu(g)+Se(g)→
Cu(In,Ga)Se2(s)
(2)
3、少量的In,Ga,Se沉积以形成少量贫铜的CIGS 薄膜。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜的制备
Reporter: 范晓
Members: 崔厚磊 葛 军 樊向前 孔庆路
Shanghai Institute of Ceramics, SICCAS
A
1
内容介绍
1、引言 2、CIGS薄膜制备的几种主要方法
3、方法比较及展望
A
2
1.引言
• 1.1 背景 • 1.2 CIGS简介 • 1.3 CIGS薄膜太阳能电池结构 • 1.4 CIGS太阳能电池的优势及应用
• 共蒸发是典型的物理气相沉积工艺(PVD)。根据 薄膜沉积过程,共蒸发可分为一步法、两步法和 三步法。
共
蒸
示 意 图
发 试 验 室
设
备
三步共蒸发法工艺路线
源物质
In-Ga-Se预置层
表面富Cu的CIGS 薄膜
等化学计量比的 CIGS
稍微贫铜的p型 CIGS
1、基底温度较低的情况下(400℃)蒸发In、Ga、 Se形成一层In-Ga-Se预置层。控制原子比例In: Ga =0.7∶ 0.3, In+Ga/Se=2:3;
适应多种衬底材料
“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。
应用
贴在汽车上的CIGS太阳能电池
2. CIGS薄膜材料的制备方法
真空工艺： ➢ 多源共蒸发法 ➢ 溅射后硒化法 ➢ 分子束外延法 ➢ 化学气相沉积
非真空工艺： ➢ 电化学沉积 ➢ 旋涂涂布法 ➢ 丝网印刷法 ➢ 喷墨打印法
2.1 多源共蒸发法
阴极：Mo/钠钙玻璃衬底 阳极：Pt 参比电极：饱和甘汞电极（SCE） 控制参数：各成分浓度、PH、温度、电沉积电位
电沉积时间
• CIGS薄膜的电沉积制备通常被认为是在阴极上 发生出如下反应:
Cu+2 + In+3 + Ga+3 +2H2SeO3+8H+ →Cu(In,Ga)Se2 + 6H2O 组成CIGS的四种元素电化学势如下:
优点：
适于大规模应用 均匀的化学组成
高的制程良率 高的材料利用率
缺点: 晶体质量较差；光电转化率相对较低
Thin solid films 431-432(2003)53-57
Thin solid films 431-432(2003)53-57
3.1 比较
• 普遍采用和制备出高效率电池的是共蒸发和后硒 化法.
Se气氛
H2Se Se
叠层 合金 化合物
磁控溅射制备预制层：
氩气
辉光 放电
Ar+
靶材
Cu、In、 Ga原子 基底
CIG预制层
磁控溅射系统示意图
工艺参数：气 压、溅射功率、Ar流量、溅射顺序
预制层的硒化：
硒主要通过扩散进入薄膜内部与金属预置层的
Cu、In、Ga元素反应生成CuInxGa1-xSe2薄 膜
• H2Se是最好的硒源,但 具有毒性且容易挥发；
固态Se作为硒源，Se 压难以控制,在热处理 过程中会导致In、Ga 等元素的质溶 液成 分
2.3 电化学沉积
CuCl2 、InCl3 、 GaCl3、 H2SeO3： 柠檬酸钠络合剂
LiCl：支持电解质
Cu(In,Ga)Se2(s)+ CuxSe+(In,Ga)(g)+Se(g)
→Cu(In,Ga)Se2(s)
(3)
Prog. Photovolt: Res. Appl. 2008; 16:235–239
预制层 硒化法
2.2 溅射后硒化法
Cu-In-Ga预 制层的沉积
真空工艺
预制层硒 化热处理
非真空工艺 H2Se气氛