铜铟镓硒
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。
铟矿资源报道之二——铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池行业
铟矿资源报道之二——铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池行业一、薄膜电池行业概述由于晶体硅电池成本长期处于高位，业内一直通过提升电池转换效率、降低硅片切割厚度等技术来降低成本。
与此同时，薄膜电池作为第二代太阳能电池逐渐受到行业关注并增长迅速。
图1：光伏电池分类关于光伏电池未来的发展趋势：晶体硅电池随着工艺的不断改进、成本的持续下降，短期内依然处于主导地位。
而薄膜涂层电池由于其低成本的特点，其在转换效率方面还有提升的空间，未来市场份额势必会有明显的增长。
而从市场预测情况来看，未来薄膜电池中CIGS薄膜电池的增速最为明显。
1 CIGS 薄膜电池概况CIS是CuInSe2的缩写，是一种Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体材料。
由于它对可见光的吸收系数非常高，所以是制作薄膜太阳电池的优良材料。
以P型铜铟硒(CuInSe2)和N型硫化镉(CdS)做成的异质结薄膜太阳电池具有低成本，高转换效率和近于单晶硅太阳电池的稳定性。
近年研究将Ga替代CIS材料中的部分In，形成CuIn1-xGaxSe2(简称CIGS)四元化合物。
由ZnO/CdS/CIGS结构制作的太阳电池有较高的开路电压，转换效率也相应地提高了许多。
CIGS电池在实验室已经达到19.9%的转换率，远高于其他薄膜电池。
二、CIGS薄膜电池优势1 薄膜电池的低成本优势所在，相对于晶硅电池材料成本便宜薄膜电池相对于晶硅电池最大的优势在于成本，在前几年多晶硅价格处于高位的时候，薄膜电池的成本优势更为明显。
通过我们前面的分析也可以看出，即使在近期多晶硅大幅下降的情况下，薄膜电池的成本优势依然明显。
CIGS薄膜电池具备相对于晶硅电池的成本优势，CIGS电池采用了廉价的玻璃做衬底，采用溅射技术为制备的主要技术，这样Cu，In，Ga，Al，Zn的耗损量很少。
而对大规模工业生产而言，如能保持比较高的电池的效率，电池的价格以每瓦计算会比相应的单晶硅和多晶硅电池的价格低得多。
另外，我们前面一直讨论的是光伏电站的初始建站成本，实际薄膜电池的弱光效应是其由于晶硅电池的另一大优势。
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。
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。
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。
建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统电气设计与安装
建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统电气设计与安装1. 引言1.1 概述建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统是一种利用铜铟镓硒(CIGS)材料制造的太阳能电池组件，将其应用于建筑物外表面的光伏发电系统。
相比传统的多晶硅太阳能电池，CIGS薄膜光伏系统具有更高的效率、更好的适应性和更低的成本。
本文将针对建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统进行电气设计与安装方面进行深入研究和讨论。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分，每个部分涵盖了建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统电气设计与安装过程中不同的关键内容。
具体包括：引言、建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统电气设计、建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统安装、系统调试和运行维护以及结论。
1.3 目的本文旨在介绍建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统的电气设计原理和安装方法，帮助读者了解如何选型和配置光伏组件、计算与优化电气参数以及选择适当的位置和预处理方式进行安装。
同时，通过介绍系统调试流程、运行监测和故障排除方法以及日常维护和性能评估措施，让读者可以更好地了解系统的运行和维护要点。
通过本文的学习，读者将能够全面掌握建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统电气设计与安装的基本原理和实践技巧，并在实际工程项目中应用。
2. 建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统电气设计2.1 系统要求分析为了进行建筑铜铟镓硒薄膜光伏系统的电气设计，首先需要分析系统的要求。
这包括了对光伏系统的总装机容量、输出电压和电流等参数的确定。
根据建筑物的用途和能源需求，确定系统所能提供的最大功率以及与主电网之间的互联方式。
2.2 光伏组件选型与配置在确定系统总装机容量后，需要选择合适的建筑铜铟镓硒薄膜光伏组件。
考虑到建筑物空间有限以及美观性要求，应选择具有高转换效率和紧凑尺寸的光伏组件。
通过参考厂家提供的技术参数，比较不同组件在可靠性、温度系数、光谱响应等方面的差异，并根据实际需求进行配置，以实现最佳发电效果。
2.3 电气参数计算与优化完成光伏组件选型后，需要进行电气参数计算与优化。
根据建筑结构和空间布局，在不同情况下确定组件的串并联关系，以及逆变器和电池组的参数配置。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构
铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构1. 引言嘿，朋友们，今天咱们聊聊铜铟镓硒薄膜太阳能电池。
听起来有点拗口对吧？别担心，听我慢慢道来。
现在太阳能电池越来越普及，走在科技前沿的小伙伴们可得知道这玩意儿的背后故事。
铜铟镓硒（CIGS）可不是简单的材料，它就像是科技界的小明星，凭借着独特的魅力俘获了不少人的心。
大家伙儿，太阳能电池的未来可得靠它们了哦！2. 铜铟镓硒的秘密2.1 材料构成首先，铜铟镓硒这个名字可真是个舶来品，它的组成成分像是万花筒一样，各有各的精彩。
简单来说，CIGS由铜、铟、镓和硒四种元素组合而成。
这四个小家伙的关系可不简单，互相搭配得恰到好处。
就像朋友间的默契，CIGS的每个成分都有它的独特作用，像是在为电池的高效能助阵。
铜是主要的导电材料，铟和镓负责提升光吸收能力，而硒则是个调味剂，提升了整体性能。
这组合就像是一道精致的料理，每个食材都不可或缺。
2.2 制作工艺接下来，咱们说说制作工艺。
CIGS薄膜太阳能电池的生产过程可真是个“大工程”。
首先，得准备好基材，通常使用玻璃或塑料。
然后，经过一系列复杂的工艺，比如蒸发沉积和溅射，四种元素在高温下神奇地结合起来。
就好像是一场化学魔术表演，观众们眼睁睁看着原料变成薄膜。
经过这样的处理，薄膜厚度仅为几微米，相当于一根头发的千分之一。
想想看，咱们居然能把光电材料做得这么薄，科技的力量真让人瞠目结舌！3. CIGS电池的优势3.1 高效能说到CIGS太阳能电池的优势，简直是数不胜数。
首先，它的光电转化效率相当高，这意味着它能把阳光转化为电能的能力杠杠的。
就拿目前的技术来说，CIGS电池的效率可以达到20%左右，甚至更高，真是让人心动不已。
这和传统硅基太阳能电池相比，真是相形见绌，简直是“碾压”对手。
3.2 应用广泛此外，CIGS电池还有个特大优点，那就是它的应用范围极广。
无论是大型太阳能发电厂，还是小巧玲珑的家用电池，CIGS都能胜任。
想象一下，咱们在城市屋顶上，看到一排排闪闪发亮的太阳能板，背后支持它们的可能就是CIGS技术。
铜铟镓硒 应用场景-概述说明以及解释
铜铟镓硒应用场景-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铜铟镓硒（CIGS）是一种复合半导体材料，由铜、铟、镓和硒元素组成。
这种材料具有优异的光电性能和热稳定性，因此在人们的关注下，被广泛应用于太阳能电池领域。
CIGS太阳能电池是一种高效率、薄膜型的太阳能电池。
相较于普通硅太阳能电池，CIGS太阳能电池具有更高的光电转换效率，更好的光吸收能力和较高的能量转换效率。
这使得CIGS太阳能电池在太阳能发电系统中具有更广泛的应用前景。
除了太阳能电池领域，CIGS材料还可应用于其它领域。
例如，在光电器件中，CIGS薄膜可以制成高性能的光电二极管、光探测器和光调制器等。
此外，CIGS材料还可用于制备光电导体、柔性电子器件和光催化剂等。
随着节能环保理念的不断提升，CIGS作为一种绿色材料，逐渐受到人们的关注和重视。
其在太阳能领域的广泛应用和其他领域的潜力开发，将为可再生能源和高效能源利用做出积极的贡献。
本文将针对CIGS材料的应用场景进行深入的探讨和研究。
接下来将重点介绍CIGS在太阳能电池、光电器件和其它领域的应用，以及这些应用的优势和潜在的挑战。
通过对CIGS材料的全面了解，我们能够更好地认识到它在现代科技领域的巨大价值，并推动其在未来的进一步发展和应用。
1.2文章结构2. 正文2.1 应用场景12.2 应用场景22.3 应用场景32.4 应用场景4文章结构部分的内容：本文将从不同的角度介绍铜铟镓硒（CIGS）的应用场景。
首先，将探讨CIGS在太阳能领域的应用，包括光伏发电和太阳能照明系统。
其次，将介绍CIGS在电子设备中的应用，如高性能薄膜晶体管、薄膜电池和柔性显示器。
然后，将介绍CIGS在光催化和光电催化领域的应用，如水分解和有机污染物降解。
最后，将探讨CIGS在传感器和医疗设备中的应用，如生物传感器和人工智能健康监测设备。
通过对这些应用场景的探讨，可以更好地了解CIGS在不同领域中的优势和潜力。
文章1.3 目的部分的内容可以如下所示：目的：本文旨在探讨铜铟镓硒材料的应用场景，进而展示其在不同领域的潜在价值和发展前景。
铜铟镓硒相对分子质量
铜铟镓硒相对分子质量1. 介绍铜铟镓硒（Copper Indium Gallium Selenide，简称CIGS）是一种新型的光伏材料，由铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）和硒（Se）组成。
它具有高效率、高稳定性和低成本等特点，因此在太阳能领域备受关注。
相对分子质量是一种用来描述化学物质中原子质量之和的物理量。
本文将详细介绍铜铟镓硒的相对分子质量，并探讨其在太阳能领域的应用。
2. 铜铟镓硒的化学式和相对分子质量铜铟镓硒的化学式为CuInxGa(1-x)Se2，其中x表示镓元素的摩尔分数。
由于不同比例下镓元素含量的变化，导致CIGS材料中原子比例发生改变，从而影响其相对分子质量。
根据元素周期表上各元素的相对原子质量，我们可以计算出不同比例下CIGS材料的相对分子质量。
以CuIn0.7Ga0.3Se2为例，计算公式如下：相对分子质量 = (Cu的相对原子质量) + (In的相对原子质量) + (Ga的相对原子质量) + (Se的相对原子质量)其中，Cu的相对原子质量为63.55 g/mol，In的相对原子质量为114.82 g/mol，Ga的相对原子质量为69.72 g/mol，Se的相对原子质量为78.96 g/mol。
代入数值进行计算得到：相对分子质量 = (63.55) + (0.7 * 114.82) + (0.3 * 69.72) + (78.96)3. 铜铟镓硒在太阳能领域的应用铜铟镓硒作为一种新型光伏材料，具有以下优点：3.1 高效率CIGS材料具有较高的光电转换效率。
通过调整镓元素含量，可以优化材料吸收太阳辐射的能力，并提高光电转换效率。
目前，CIGS太阳能电池的转换效率已经超过20%，接近传统硅太阳能电池。
3.2 高稳定性CIGS材料具有良好的热稳定性和光稳定性。
它可以在高温环境下保持较高的光电转换效率，并且不易受到光照强度变化的影响。
这使得CIGS太阳能电池在实际应用中更加稳定可靠。
铜铟镓硒
TF PV技术所涉及的材料主要包括非晶硅（α-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟硒（CIS） 以及有机和有机-无机混合材料，每种材料都各有利弊。下表列出了主要TF PV材料及其利用状况。
表1 PV材料及利用状况
能源价格的波动对向替代能源技术的转移起着重要的推动作用。太阳能因其取之不尽、用之不竭的特性对人 类有着巨大的吸引力，但传统的PV有其弱点：面板较重，生产成本高，不够灵活，而且硅原料的供应不稳定。因 此，PV大多只能针对相对狭窄的市场或其应用必须具备特定的条件，例如可以获得补贴或其他电力来源匮乏的地 方。
与传统PV比较，TF PV因用于制造薄膜电池的材料较少，因而成本更为低廉。TF PV的制造是将由光电材料构 成的薄层沉积于衬底，这就大大减少了原料的使用。新生产工艺的出现，包括roll-to-roll和印刷技术，又可以 进一步降低成本。
性能方面，在不久的将来薄膜技术效率的显著提高已成为大势所趋。例如，CIS/CIGS的效率已经可以和传统 PV相提并论。但尽管已取得某些进展，薄膜技术和传统PV的效率之间仍存在一定差距，且在某些情况下差异明显。 其结果是：TF PV必须与传统PV在成本基础上竞争，或者TF PV需要在性能基础上创造出新的应用。铜铟镓硒太阳 能电池板也可做成柔性，其均匀的颜色和稳定的性能，更加适合与建筑一体化的应用。
铜铟镓硒光吸收系数
铜铟镓硒光吸收系数铜铟镓硒(Copper Indium Gallium Selenide, CIGS)是一种用于太阳能电池的非常有前景的材料。
它具有较高的光吸收系数，使得它在吸收光能方面有着出色的性能。
本文将对铜铟镓硒的光吸收系数进行全面评估，并探讨其在太阳能领域的应用前景。
1. 什么是光吸收系数？光吸收系数(Absorption Coefficient)是一个描述光在材料中被吸收的能力的物理参数。
它表示单位距离内材料吸收入射光能量的减少程度。
在太阳能电池中，光吸收系数越高，材料吸收光能的能力就越强。
2. 铜铟镓硒的光吸收系数铜铟镓硒是一种多晶薄膜太阳能电池材料，其在吸收光能方面表现出色。
根据研究，铜铟镓硒的光吸收系数高达10^5 cm-1数量级，相比其他太阳能电池材料如硅(Si)和钙钛矿等，具有明显优势。
这使得铜铟镓硒能够在较低的厚度下吸收足够的光能，从而降低太阳能电池的成本。
3. 铜铟镓硒的应用前景铜铟镓硒材料因为其高光吸收系数而在太阳能领域内备受关注。
它可以用于制造高效率的薄膜太阳能电池，其电池转换效率可以达到20%以上。
由于铜铟镓硒的光学吸收范围广泛，能够有效吸收太阳光谱中较短波长的光线，因此在弱光条件下仍然具有出色的性能。
铜铟镓硒太阳能电池还具有较好的稳定性和可靠性。
4. 个人观点和理解作为太阳能电池材料的铜铟镓硒，其高光吸收系数使其在光吸收能力方面具有显著优势。
我认为这让铜铟镓硒成为未来可再生能源产业中的重要材料之一。
它的广泛应用前景不仅可以帮助推动太阳能技术的发展，而且可以降低太阳能电池的成本，促进可持续能源的普及和应用。
我对铜铟镓硒的光吸收系数持非常乐观的态度。
总结与回顾：通过对铜铟镓硒光吸收系数的全面评估，我们了解到铜铟镓硒在太阳能电池中具有出色的光吸收能力。
这种材料的高光吸收系数使得铜铟镓硒能够在较低的厚度下吸收足够的光能，并在较弱的光线条件下仍然保持较高的性能。
铜铟镓硒具有广阔的应用前景，可以帮助推动太阳能技术的发展，并减少太阳能电池的成本。
铜铟镓硒太阳能电池
工艺步骤四-高温硒化
真空或氩气环 境下Se高温 蒸发。 Se蒸汽和预 制膜反应生成 CIGS。
CuIn0.7Ga0.3Se2表征
•溅射硒化法优点
• 可以比较精确的调节各元素的化学配比 • 薄膜的致密性高，使用寿命长 • 原材料的利用率高，对不需要沉积薄膜的地方加 以屏蔽，可减少对真空室的污染 • 薄膜均匀性较好，有利于制造大面积CIS电池 • 步骤四应用的固态源硒化法。这一方式可避免使 用剧毒的H2Se气体，因此操作更加安全，设备也 相对简单。
1 光吸收能力强 CIGS太阳能电池由Cu（铜）、In（铟）、 Ga（镓）、Se（硒）四种元素构成最佳比例的 黄铜矿结晶作为吸收层，可吸收光谱波长范围广， 除了晶硅与非晶硅太阳能电池可吸收光的可见光 谱范围，还可以涵盖波长在700~1200nm之间的 红外光区域，即一天内可吸收光发电的时间最长， CIGS薄膜太阳能电池与同一瓦数级别的晶硅太 阳能电池相比，每天可以超出20%比例的总发电 量
• 共蒸发法治铜铟镓硒吸收层的缺点：
薄膜的均匀性比较难控制，材料浪费严重,不能满 足大规模产业化的要求。 薄膜与衬底结合能力差,影响使用寿命 制备符合化学计量比具有黄铜矿结构的多晶薄膜NREL USA NREL USA Empa 瑞士 衬底 玻璃 效率 19.9% 组织 南开 衬底 效率 >13% 柔性不 >9% 锈钢 17%
• 传统硅晶电池：由硅晶体组成,电池主要部 分易碎,易产生隐形裂纹,大多有一层钢化 玻璃作为防护,造成重量大,携带不便,抗震 能力差,造价高,效率或多或少降低 • 薄膜电池：克服了上述缺点，重量轻,厚度 薄.可弯曲,易携带,克服了上述缺点,但并没 有传统硅晶电池转化效率高.
铜铟镓硒（CIGS）具有薄膜光伏的所有优点，性能 稳定、抗辐射能力强，光电转换效率目前是各种薄 膜太阳电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅 太阳电池转换效率，成本却是其1/3。被国际上称为 下一代的廉价太阳电池
能源材料铜铟镓硒太阳能电池
05
铜铟镓硒太阳能电池的未来发展前景
技术进步与成本降低
约。
生产过程环保压力大
03
铜铟镓硒太阳能电池在生产过程中会产生一定的环境污染，需
要采取有效的环保措施。
04
铜铟镓硒太阳能电池的应用场景
分布式发电系统
分布式发电系统是一种分散式的能源供应系统，能够满足特定区域内的能源需求 。铜铟镓硒太阳能电池作为分布式发电系统中的一种高效太阳能电池，具有较高 的光电转换效率和稳定性，能够为建筑物、家庭和商业设施提供可靠的电力供应 。
光伏电站的建设需要考虑地理位置、气候条件、土地资源等 因素，铜铟镓硒太阳能电池具有较高的光电转换效率，能够 提高光伏电站的发电量和经济效益。
移动能源系统
移动能源系统是指能够移动的能源供应设备，如电动汽车、无人机等。铜铟镓硒太阳能电池作为一种轻便、高效的光伏器件 ，在移动能源系统中具有广泛的应用前景。
性能稳定。
弱光性能好
在弱光条件下，铜铟镓 硒太阳能电池也能保持 较好的光电转换效率。
适用范围广
铜铟镓硒太阳能电池可 在不同气候和环境下使 用，具有较广的应用范
围。
局限性
成本高
01
铜铟镓硒太阳能电池的制造成本较高，导致市场价格相对较高。
对原料依赖性强
02
铜铟镓硒太阳能电池的原料供应有限，对产业发展存在一定制
分布式发电系统通常采用并网运行方式，将铜铟镓硒太阳能电池与其他可再生能 源技术相结合，如风能、地热能等，实现多种能源的互补和优化。
铜铟镓硒太阳能电池
• 三步法治铜铟镓硒吸收层优点：
得到表面更加光滑的CIGS薄膜，可以降低CIGS 层与缓冲层的界面态密度，减少了器件的暗电流。 三步法中的富铜过程有利于结晶质量的改善和晶 粒尺寸的增加。（利用液相Cu2-xSe的作用，使 CIGS晶粒重结晶，以形成CIGS大晶粒。） 减少其在Mo背接触的复合，提高了开路电压 。 薄膜前部Ga的梯度变化有利于提高器件在长波波 段区域的量子效率，提高了短路电流。
我们先来看另外一种物质，CuInSe2具成1:1:2，该材料依然具 有黄铜矿结构以及相似的物理和化学性质-再者CuInSe2 甚至可以直接由其化学组成的调变得到,P型(Cu比例大) 或N型"’(In比例大)而不必借助外加杂质以上两者使得 CuInSe2具有非常优良的抗干扰,耐辐射能力0因而没有光辐射引致性能衰退效应,使用寿命长。
与国内外设备厂商分别开发设备与工艺，整体组合集成创新是快速发展的有 效模式。
• 工业量化生产面对的阻碍 原材料In的稀缺性。 缓冲层CdS具有潜在的毒性。无Cd缓冲层 的工艺是目前研发的重点。 制程复杂，投资成本高。
CIGS电池结构改进的探索
• 更换太阳能电池的衬 底 • 采用双面照射。
为了改善背面照射时电池的效 率，可以通过降低吸收层CIGS 的厚度，使得吸收层产生的光 生载流予能够到达异质结的耗 尽区，从而被电场分离，提高 短路电流，从而提高电池的转 换效率。
铜铟 镓硒
薄膜 太阳 能电 池
薄膜太阳能电池目前主要分为非晶硅薄膜太 阳能电池、碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池、 铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池三类。
仅在数年以前，薄膜光伏 技术在光伏产业 中还只能用“微不足道”来形容，但在今 天，其生产份额不断扩张。
abc光伏电池技术
abc光伏电池技术ABC光伏电池技术ABC光伏电池技术是一种新型的太阳能电池技术，它结合了三种不同类型的太阳能电池技术，即铜铟镓硒（CIGS）、氢化非晶硅（a-Si:H）和多晶硅（mc-Si）。
ABC光伏电池技术具有高效率、低成本、长寿命等优点，已经成为太阳能产业发展的重要方向之一。
一、CIGS技术1. CIGS的定义铜铟镓硒（Copper Indium Gallium Selenide）是一种新型的薄膜太阳能电池材料，其主要成分包括铜、印度、镓和硒。
CIGS具有高吸收系数、高转换效率和较好的稳定性等特点。
2. CIGS工艺流程CIGS工艺流程主要包括前处理、沉积薄膜、后处理等步骤。
其中，前处理包括基板清洗、氧化铟锡(ITO)透明导电层制备等；沉积薄膜采用物理气相沉积法或化学气相沉积法；后处理包括退火、硫化等步骤。
3. CIGS技术的优势CIGS技术具有高转换效率、较高的光吸收系数、较低的成本、良好的稳定性等优点。
此外，CIGS电池还可以制备成柔性电池，适用于各种应用场景。
二、a-Si:H技术1. a-Si:H的定义氢化非晶硅（Amorphous Silicon Hydride）是一种非晶态硅材料，它具有宽带隙和高透明度等特点。
a-Si:H主要应用于制备薄膜太阳能电池和液晶显示器等领域。
2. a-Si:H工艺流程a-Si:H工艺流程主要包括前处理、沉积薄膜、后处理等步骤。
其中，前处理包括基板清洗、氧化锡(SnO2)透明导电层制备等；沉积薄膜采用物理气相沉积法或化学气相沉积法；后处理包括退火、氢化等步骤。
3. a-Si:H技术的优势a-Si:H技术具有制备工艺简单、生产成本低以及稳定性好等优点。
此外，a-Si:H电池还可以制备成柔性电池，适用于各种应用场景。
三、mc-Si技术1. mc-Si的定义多晶硅（Multi-Crystalline Silicon）是一种由许多小晶体组成的硅材料。
与单晶硅相比，多晶硅具有较低的制造成本和较高的光吸收系数。
铜铟镓硒的化学式
铜铟镓硒的化学式嘿，同学们！今天咱们来聊聊这个有点复杂但又超级有趣的铜铟镓硒，它的化学式是CuInGaSe₂。
这一串字母和数字可不仅仅是个符号，它背后藏着好多化学的小秘密呢。
首先，咱们来说说这里面的化学键。
化学键就像是原子之间的小钩子，把原子们紧紧地连在一起。
在铜铟镓硒里，有不同类型的化学键在起作用。
比如说离子键，这就好比是带正电和带负电的原子像超强磁铁一样吸在一起。
想象一下，正电的原子就像小磁块的正极，负电的原子像负极，一正一负，“啪”的一下就吸住了。
而共价键呢，就是原子们共用小钩子来连接。
这就好比两个人一起握住一根小棍儿，大家通过共享这根小棍儿（小钩子）而联系在一起。
再说说化学平衡吧。
化学平衡就像是一场拔河比赛，反应物和生成物就像是两队人。
在反应刚开始的时候，反应物这边力量大，就像拔河开始时一方猛地发力。
但是随着反应进行，生成物这边的力量也慢慢起来了。
最后达到一种状态，就是正反应和逆反应的速率相等，就像两队人都使着同样大小的劲儿，谁也拉不动谁了。
而且这个时候反应物和生成物的浓度也不再变化了，就像拔河的两队人都站在原地不动了。
那分子的极性呢？这就像是小磁针。
比如说水，它是极性分子。
水的结构是一个氧原子连着两个氢原子，氧原子这一端就像是小磁针的南极，带负电；氢原子那一端就像是北极，带正电。
而二氧化碳呢，它是直线对称的结构，就像两个同样的人在一条绳子的两边，力量相互抵消了，所以它是个非极性分子，就像一个没有磁极偏向的东西。
还有配位化合物呢。
在配位化合物里，中心离子就像是聚会的主角，周围的配体就像是来参加聚会并且提供孤对电子共享的小伙伴。
就好比主角在中间，小伙伴们围过来和主角分享自己的东西，然后大家就形成了一个特殊的群体，这就是配位化合物啦。
再看看氧化还原反应中的电子转移。
这就像是一场交易。
比如说锌和硫酸铜反应，锌原子就像是一个大方的商人，把自己的电子给了铜离子。
锌原子失去电子后就变成了离子，就像商人付出了自己的货物后自己的情况发生了改变；而铜离子得到电子后就变成了原子，就像得到货物的人身份也转变了。
第12章：铜铟镓硒太阳电池
铜铟镓二硒太阳电池概况
两类：铜铟硒三元化合物，Copper Indium Diselenide, CIS，铜铟镓硒 四元化合物，Copper Indium Gallium Diselenide, CIGS。 CIS, CIGS电池吸光范围广，户外环境稳定性好，材料成本低，转化效率 高，又一具有发展潜力的薄膜电池。 标准环境测试，转换效率20%，聚光系统30%，柔性大面积塑料基板 15%。 CIGS具有较好的抗辐射性，具有太空应用的潜力。 CIS起源1970年贝尔实验室：P-CIS晶片沉积n-CdS，12%
Se性质
• Se（34）一种非金属，可以用作光敏材料、电解锰行业 催化剂、动物体必需的营养元素和植物有益的营养元素等。 • 光敏材料：油漆、搪瓷、玻璃和墨水中的颜色、塑料。光 电池、整流器、光学仪器、光度计等。硒在电子工业中可 用作光电管，在电视和无线电传真等方面也使用硒。硒能 使玻璃着色或脱色，高质量的信号用透镜玻璃中含2％硒， 含硒的平板玻璃用作太阳能的热传输板和激光器窗口红外 过滤器。
CIGS薄膜技术
CIGS薄膜技术很多 CIGS薄膜技术要求：大面积、高沉积速率，低成本，薄膜均匀 同步蒸镀法（Co-evaporation） 硒化法（Selenization）
CIGS薄膜技术—同步蒸镀法
最高效率CIGS实验室制造方法 蒸镀源蒸发元素在基板上，反应而成 CIGS 化合物形成温度：400-500度 薄膜沉积温度：550度 蒸镀源（Cu，In，Ga，Se）各自调整温 度。 Cu1300-1400度，In1000-1100度， Ga1150-1250度，Se300-350度
Ga性质
• 镓（31）是银白色金属。密度5.904克/厘米3，熔点 29.78℃，沸点2403℃ • 在空气中表现稳定。加热可溶于酸和碱；与沸水反应剧烈， 但在室温时仅与水略有反应 。高温时能与大多数金属作 用 • 镓用来制作光学玻璃、真空管、半导体的原料 • 高纯镓电子工业和通讯领域，是制取各种镓化合物半导体 的原料，硅、锗半导体的掺杂剂，核反应堆的热交换介质
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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％。
这说明即使不使用CdS也能制备出高转化效率的CIGS太阳电池。
（二）国内研究进展我国研究CIGS薄膜太阳电池在二十世纪八十年代开始起步，内蒙古大学、云南师范大学和南开大学等单位开始CIS材料和电池研究。
南开大学采用蒸发法制备吸收层CIS薄膜，n型层CdS与窗口低阻层CdS：In薄膜。
1999年研制(1cm2面积)的CIS电池效率为8.83％，CIGS电池效率为9.13％。
1999年得到教育部“211”工程资助，开始研究金属预置层后硒化制备CIGS薄膜，CBD法制备过渡层CdS薄膜，溅射本征ZnO、ZnO：A1薄膜等工艺技术。
2002年得到国家“863”计划的重点投入，建立了CIGS薄膜电池10×10cm2面积组件的研究平台，为中国发展CIGS薄膜太阳电池以及化合物电子薄膜与器件奠定了基础。
南开大学信息学院光电子研究所CIGS课题组研制的CIGS薄膜太阳电池转换效率已达13％以上，其电池结构为Al／ZnO：A1／Zn0／CdS／CIGS／Mo／Glass，柔性不锈钢衬底上的转换效率也已超过9％。
2011年6月初，中国科学院深圳先进技术研究院与香港中文大学合作，成功研发出了光电转换效率达17%的铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池，此技术为国内报道的CIGS太阳电池的最高转换率。
三、CIGS薄膜制备技术铜铟镓硒（CIGS）薄膜是电池的核心材料，CIGS电池的吸收层CIGS薄膜是一种多元化合物多晶半导体材料，元素配比是决定材料性能的主要因素。
由于元素成分多、结构复杂，工艺中某一项参数略有偏差，则材料的电学性能和光学性能变化很大，制备过程难于控制。
CIGS吸收层的制作方法很多，这些沉积制备方法包括：共蒸发法、后硒化法、电镀法、喷涂热解法和丝网印刷等。
其中普遍采用和制备出高效率电池的是共蒸发法和后硒化法。
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。
作为实验室里制备小面积的CIGS薄膜太阳电池时，共蒸发法沉积的CIGS薄膜质量明显高于其他技术手段，电池效率较高。
但由于蒸发法对设备要求严格，蒸发过程中各元素沉积速率不容易控制，大面积生产均匀性不好；溅射后硒化法被视作更理想的产业化路线，目前国际上产业化生产也多采用此方法。
（一）共蒸发制备CIGS吸收层共蒸发工艺广泛采用的是三步法制备CIGS吸收层。
目前最高转化效率的电池的CIGS吸收层正是采用共蒸发三步法制备的。
第一步：共蒸发In，Ga和Se沉积在Mo覆盖的玻璃衬底上，衬底温度250—400℃，形成In-Ga-Se 层。
第二步：共蒸发Cu和Se沉积在In-Ga-Se层上，衬底温度升高至大于540℃，形成富Cu的CIGS层。
第三步就是少量的In，Ga，Se沉积以形成少量贫铜的CIGS薄膜，衬底温度与第二步相同。
三步法与其他蒸发工艺相比，可沉积得到表面更加光滑的CIGS薄膜。
减少CIGS层的粗糙度，可以降低CIGS层与缓冲层的界面态密度，从而减少器件的暗电流。
三步法中的富铜过程有利于结晶质量的改善和晶粒尺寸的增加。
这是利用液相Cu2-xSe的作用，使CIGS晶粒重结晶，以形成CIGS大晶粒。
三步法能够得到有利于器件提高短路电流和开路电压的Ga梯度曲线。
在Mo背接触有更高的Ga含量，这种Ga分布有利于载流子向空间电荷区输运，减少其在Mo背接触的复合，提高开路电压。
另一方面薄膜前部Ga的梯度变化有利于提高器件在长波波段区域的量子效率，提高短路电流。
尽管三步共蒸发制备方法有很多优点，但是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。
（二）溅射后硒化法：溅射后硒化法是目前大规模生产CIGS电池所采用的主要工艺技术。
CIG预制层采用磁控溅射系统制备，靶材为Cu、In、Ga元素的纯金属或合金靶。
工作气体为氩气。
按照一定的顺序依次溅射各靶。
磁控溅射法的工艺参数易于控制。
通过控制工作气压、溅射功率、Ar气流量、溅射顺序这些参数就可制备出性能比较好的CIG金属预置层，而且能更方便的调节各元素的化学计量比。
制备出的CIG薄膜比较致密，大面积均匀性好。
溅射法沉积速率高，产量大。
溅射法中工艺参数对制备薄膜的具体影响包括：溅射功率影响沉积速率，预置层的各元素的化学计量比和表面的粗糙程度。
过低工作压强无法保持溅射过程中稳定的辉光效应，工作压强越大，晶粒尺寸越小，表面粗糙程度越大。
Ar气流量增大，增大沉积速率和影响薄膜的致密程度。
不同的溅射顺序制备的预制层附着力、表面形貌、合金程度都存在差异。
后硒化法第二步是对金属预置层硒化形成CIGS吸收层。
现在研究较多的硒化方法是在真空或氩气环境下利用Se蒸汽进行硒化，即固态源硒化。
这一方式可避免使用剧毒的H2Se气体，因此操作更加安全，设备也相对简单。
四、CIGS薄膜太阳电池的产业化现状CIGS电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结构，要求其工艺和设备十分严格，被国际光伏界认为是技术难度比较大的一种太阳电池。
虽然全球有上百家企业和机构置身于CIGS太阳电池产业，但是突破设备瓶颈、能够开发出大面积电池组件的只有少数几个，而单机年产高于15MW的生产线，并且电池组件商品进入市场的企业只有德国WurthSolar和Solarion公司、美国GlobalSolar公司、日本Honda、ShowaShell等少数几家公司。
对于CIGS电池技术，台湾企业界关注较多，新能公司投资7000万欧元与德国Centrotherm公司合作开发30MWCIGS电池生产线，以硒化法制备面积为1.1m×1.4m，目前良品率是面临的最大问题；台湾铼德、绿阳光电等公司自主开发，均已制备出不同面积的玻璃衬底CIGS组件，正在进行量产化开发。
南开大学现正在开发80cm×40cm玻璃衬底CIGS薄膜太阳电池连续制备技术，为60cm×120cm玻璃衬底CIGS薄膜生产线开发研制提供科学与数据。
中国的CIGS产业远远落后于欧美和日本等国家和地区，南开大学以国家“十五”863计划为依托，建设0.3MW中试线，已制备出30cm×30cm效率为7%的集成组件样品。
2008年山东孚日光伏科技有限公司与德国的Johanna合作，独家引进了中国首条CIGS商业化生产线，并在2010年顺利进入联动运行测试阶段。
青岛昌盛日电建设的大规模量产CIGS薄膜太阳能电池示范线也在2010年上半年建成投产。
综合来看，全球CIGS太阳能电池组件的产能扩张迅速。
2008年全球CIGS电池的产量在40MW左右，2009年则是更进一步，产能超过660MW，实际产量也达到180MW左右，增幅超过300%。
进入2010年以来，CIGS电池领域的研发成果积极涌现，技术水平不断提升，显示了良好的发展势头。
五、我国发展CIGS薄膜太阳电池的前景目前，世界上掌握CIGS电池生产制造核心技术的企业，几乎都是采用自主研发技术，而且设备与技术一体化，大部分设备厂商只提供整个流程中某些工艺的解决方案。
但是，在成本和资源上，该技术还是潜力巨大。
资源上：在CIGS太阳能电池的所有膜系结构中，涉及Mo、ZnO、AI、ZnS、MgO以及Cu、In、Ga、Se等材料。
除了In以外，都不是稀缺材料，而In材料资源储备在我国还是相对丰富的。
我国In的产量和已探明的储量占世界的六分之一，说明在我国发展CIGS太阳能技术在资源上具有优势和可行的。
成本：根据日本NEDO太阳光发电技术研究组合战略企划委员会的预测，到2010年CIGS太阳能电池板的价格可以达到75日元／W(相当于5RMB／W)。
根据CIGS太阳能电池的长寿命特点(有人预测100年)，若以30年寿命计算，并保守地考虑电池板(组件)的光电转化率为13％，其成本为人民币0.25元／度，此价格可以与普通民用电价格相当。
说明发展CIGS技术在成本上是具有较强的市场竞争力。
我国要发展CIGS薄膜太阳电池技术产业，应以自主创新为主题，与国内外设备厂商分别开发设备与工艺，整体组合集成创新是快速发展的有效模式。
六、功能区发展CIGS薄膜电池的思考综上所述，CIGS薄膜太阳电池具有光电转换率高、成本低、光谱响应范围宽等诸多优点，是一种极具市场竞争力的太阳电池。
但是其高转换效率的量产化问题是制约其大规模推广应用的瓶颈。
目前国内在CIGS薄膜电池大规模产业化设备研制技术和制备工艺技术（后硒化工艺技术的重复一致性问题及新工艺技术开发）研发方面仍十分欠缺，CIGS薄膜电池的产业化要取得长足发展，必须在这两项技术方面取得较大的突破。