CIGS薄膜太阳能电池解析
CIGS 柔性薄膜太阳能电池板
CIGS 柔性薄膜
太阳能电池板
产品手册
SOL
getTM
德 准
CIGS 技术 CIGS 优点 产品 安装应用 项目参考 常见问题 市场分析 关于我们
目录
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CIGS 技术
CIGS薄膜太阳能电池，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薄膜 太阳能电池，是组成电池板的关键技术。 由于该产品具有光吸收能力强，发电稳 定性好、转化效率高，白天发电时间长、 发电量高、生产成本低以及能源回收周 期短等诸多优势，CIGS太阳能电池已是 太阳能电池产品的明日之星，可以与传统 的晶硅太阳能电池相抗衡。
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转换率 13%的太阳能软板
CIGS
产品介绍
PowerFLEX™ BIPV
2米 ： 82/90/100W 4米 ：165/185/200W 6米 ：225/250/275/300W
适用于金属屋顶，膜结构和沥青面
环球太阳能(Global solar)的高效率铜铟镓硒(CIGS)太阳能模板是专 为屋顶设计。柔性模块差不多适合所有屋顶形状；重量轻,不需要繁 多的安装配件。我们通过改善屋顶表面覆盖度、与高转换效率，低
电性能 额定功率 公差
最大功率 ％
300 W ± 7%
275 W ± 7%
模块孔径面积 ％
效率
额定电压
Vmpp
额定电流
Im pp
12.6 %
64.3 V 6.6A
11.6 %
61.6V 6.3A
开路电压
Vcc
69.7V
67.6V
短路电压
Isc
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。
薄膜太阳能电池种类
薄膜太阳能电池种类薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，相比传统的硅基太阳能电池，薄膜太阳能电池具有更轻薄、柔性、低成本等优点。
随着科技的不断进步，薄膜太阳能电池也在不断发展和演进。
本文将介绍几种常见的薄膜太阳能电池种类。
1. 铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）铜铟镓硒薄膜太阳能电池是目前应用最广泛的薄膜太阳能电池之一。
它是由铜（Copper）、铟（Indium）、镓（Gallium）和硒（Selenium）等元素组成的薄膜材料。
CIGS薄膜太阳能电池具有高光电转换效率、良好的低光照性能和较高的稳定性。
此外，CIGS 薄膜太阳能电池制造工艺简单，可采用卷绕式生产，适用于大规模生产。
2. 钙钛矿薄膜太阳能电池钙钛矿薄膜太阳能电池是近年来兴起的一种新型薄膜太阳能电池。
钙钛矿材料具有优异的光电转换效率，可以达到甚至超过传统硅基太阳能电池的效率。
钙钛矿薄膜太阳能电池制作工艺相对简单，可以采用喷涂、印刷等低成本制备技术。
然而，钙钛矿薄膜太阳能电池的稳定性仍然是一个挑战，需要进一步的研究和改进。
3. 有机薄膜太阳能电池有机薄膜太阳能电池是一种利用有机半导体材料制作的薄膜太阳能电池。
有机薄膜太阳能电池具有柔性、轻薄、透明等特点，可以应用于更广泛的场景，如可穿戴设备、建筑外墙等。
有机薄膜太阳能电池的制备工艺相对简单，可以采用印刷、喷涂等低成本的大面积制备技术。
然而，有机薄膜太阳能电池的光电转换效率相对较低，稳定性也有待提高。
4. 硒化镉薄膜太阳能电池硒化镉薄膜太阳能电池是一种利用硒化镉材料制作的薄膜太阳能电池。
硒化镉薄膜太阳能电池具有高光电转换效率和较好的稳定性。
硒化镉薄膜太阳能电池的制备工艺相对简单，可以采用蒸镉、蒸硒等方法制备。
然而，硒化镉薄膜太阳能电池的环境友好性存在争议，因为镉元素对环境有一定的污染风险。
总结一下，薄膜太阳能电池是太阳能电池技术的重要分支，具有轻薄、柔性、低成本等优点。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池、钙钛矿薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和硒化镉薄膜太阳能电池是其中的几种常见类型。
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％。
薄膜太阳能电池的结构和性能分析
薄膜太阳能电池的结构和性能分析薄膜太阳能电池是一种以薄膜材料为基底和吸收光线的薄膜材料为电池层的新型太阳能电池。
相比于传统的硅基太阳能电池，薄膜太阳能电池体积更小、重量更轻、制造成本更低、可弯曲、可透明、可定制化，并且在低光照条件下也有较高的功率输出。
本文将从薄膜太阳能电池的基本结构、工作原理和性能分析三个方面进行论述。
一、基本结构薄膜太阳能电池最常用的材料包括铜铟镓硒（CIGS）、硫化铜铟镉（CIS）、有机聚合物等。
作为太阳辐射的吸收层位于薄膜太阳能电池的最上层，以下是电池层、底电极（包括钢、铝、镀层等）、背电极（包括不导电和导电胶粘剂等）的排列顺序。
在实际生产过程中，会根据实际需要进行一定的调整，如使用透明导电电极、太阳能电池阵列等。
二、工作原理太阳能辐射照射到薄膜太阳能电池的吸收层上，电荷载体在吸收光子的过程中激发，移动到接触区域产生电流，从而形成了电池输出。
在电荷移动的过程中，必须保证吸收层的电导率高，电池层的吸光系数大，于是在电池层中通常使用薄膜法制成镀有金属的材料，从而增加光吸收和导电性。
通常，电子流经过底部电极，在当中遇到了电子中继印刷，应用正向电子控制（P/N结），电荷已经通过电池的输出输出。
因为这种类型的太阳能电池是以薄膜形式制成的，所以它们称为“薄膜太阳能电池”。
三、性能分析薄膜太阳能电池的最大特点是相较于传统太阳能电池，它可以更为轻盈和便携，适用于携带的灵活性不弱于笔记本或手机储物(grid-desktop)长方形太阳能电池板之类的应用。
除此之外，它们在低光照条件下也能有效运作，这在室内灯光、阴雨天等等情况下都非常有用，既可以提高能源利用，又可以减少电量浪费。
此外，薄膜太阳能电池可以根据具体需求进行定制，可用于建筑物幕墙、遮阳百叶、玻璃窗等。
相较于传统硅基太阳能电池，薄膜太阳能电池更加环保节约，由于用料量较少、加工风险低，生产过程中水、电、油耗较少，减少了能源消耗，降低了二氧化碳排放量。
CIGS薄膜太阳能电池结构分析
CIGS薄膜太阳能电池结构分析综述了目前国际上研究得最多的几种薄膜太阳能电池材料的研究现状和各自的最新进展，包括硅基类（非晶硅、多晶硅、微晶硅）、无机化合物类（碲化镉、铜铟硒、砷化镓）、有机类、染料敏化（二氧化钛、氧化锌）等，并从材料、工艺和转换效率等方面比较和讨论了它们各自性能的优劣，最后展望了这些薄膜太阳能电池材料未来的研究方向及应用前景。
标签：薄膜太阳能电池引言近年来，环境污染和能源衰竭等问题与全球经济发展之间的矛盾越来越突出，加上人类对可再生能源的不断需求，这样就促使人们致力于开发新的能源。
太阳能作为一种可再生能源有着其它能源不可比拟的优势，因此，合理利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，太阳能受到人们广泛的重视也是顺理成章的事情。
典型的太阳能电池本质上是一个半导体二极管（p-n结），它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换为电能。
当太阳光照射到半导体二极管p-n结上并被吸收时，其能量大于半导体材料禁带宽度Eg的光子能把价带中的电子激发到导带上去，同时价带中留下带正电的空穴，即形成了电子-空穴对，通常称其为光生载流子。
这些光生载流子在p-n结内建电场作用下迅速分离，电子被扫到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在二极管的两侧分别形成了正负电荷积累，并产生了“光生电压”，这就是所谓的“光伏效应”（Photovoltaiceffect）。
若在p-n结两侧引出电极并接上负载，则负载中就有“光生电流”通过，即得到可利用的电能，典型的太阳能电池就是根据这个基本原理工作的。
一、CIGS薄膜太阳能电池具有曲面造型的光伏建筑物和移动式的光伏电站等要求太阳能电池具有柔性和可折叠性，这便促使了柔性薄膜太阳能电池的发展。
所谓柔性薄膜太阳能电池是以金属箔片或高分子聚合物作衬底的薄膜太阳能电池。
一般说来，所有薄膜太阳能电池都可以做成柔性的。
柔性CIGS薄膜太陽能电池的制作工艺和刚性玻璃衬底CIGS薄膜太阳能电池的制作工艺基本相同，不同之处主要体现在衬底材料的选择和CIGS制备两方面。
cigs太阳能
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）。
考虑太阳能为绿色的能源和环境驱动因素,发展前景将会十分广阔。
PN结型太阳能电池结构与原理
耗尽区 P区 N区 P区 空间电荷区 N区
CIGS薄膜太阳能电池板实物图
CIGS太阳能电池研究背景
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。
2 少In、Ga或无Jn、Ga新技术的研究
从原材料的稀缺角度考虑，人们担心In的稀有会限制CIGS薄膜电池的长期发展。
3 叠层电池的研究
常规提到的CIGS薄膜太阳电池属于单结电池。单结太阳电池由于禁带宽度的限制，其开 路电压和短路电流难以兼顾，在实现光电转换的过程中，存在着固有的损失。
以上问题还有待我们去解决！
5 弱光发电性能好
弱光发电不容忽视，与不同类型太阳电池相比，CIGS太阳电池有着突出的表现。在晨昏时 节、阴天冬季，仍具有相当的发电能。
6 抗辐照能力强
CIGS材料的Cu迁移和点缺陷反应的动态协同作用导致受辐射损伤的电池具有自愈合能 力，这就保证了CIGS太阳电池在强辐射情况下的良好反应。
7 外观漂亮
结构原理
Mo 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
cigs薄膜太阳能电池工作原理
cigs薄膜太阳能电池工作原理
薄膜太阳能电池是一种轻薄、灵活、高效的太阳能转换设备，其工作原理基于薄膜太
阳能电池产生的光电效应。
该电池由多个薄膜层叠构成，在光照条件下，太阳能会激发电
池中的光敏材料，产生光电子和空穴，然后被电场引导到电池两侧的电极上，形成电流。
1.光吸收：在薄膜太阳能电池中，光线通过厚度仅有几微米的薄膜层，直接被吸收并
转化为电能。
2.载流子的产生：当光线进入电池的吸收层时，吸收层内的半导体材料将能量吸收，
并通过光电效应将其转化为电子。
这些自由电子和空穴分别分布在半导体中，在光子的作
用下自由电子和空穴被产生并控制在不同区域内，形成载流子。
3.分离载流子：产生的自由电子和空穴在电池内部自由移动，由于电场的作用电子流
向电池的一个极端，空穴流向电池的另一个极端，这样就形成了电池两端的电势差。
同时，电池内部的能带与电子或空穴的运动方向相互作用，使其趋于分离，在太阳能的作用下形
成了电流。
4.电流输送：产生的电流在电池中沿导电材料传输，到达电池的输出端接受外负载。
总之，薄膜太阳能电池的工作原理可以归纳为光线的吸收，产生载流子，分离载流子，电流输送等过程。
相比于传统的硅基太阳能电池，薄膜太阳能电池具有更高的光电转化效率、更少的材料消耗以及更灵活的形态，这些优点使得薄膜太阳能电池在未来应用非常广泛。
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。
cigs薄膜太阳能电池结构
cigs薄膜太阳能电池结构
CIGS薄膜太阳能电池是一种薄膜太阳能电池，其结构由多个层次组成。
典型的CIGS薄膜太阳能电池结构包括以下几个部分：
1. 衬底，通常是玻璃或不锈钢基板，用于支撑整个电池结构并提供稳定的基础。
2. 后电极，通常是一层薄的金属层，如不锈钢或铝，用于收集电子并将其引出电池。
3. CIGS吸收层，CIGS代表铜铟镓硒，这是电池的关键部分，它是由铜、铟、镓和硒元素组成的薄膜，能够吸收太阳光并产生电子-空穴对。
4. 缓冲层，通常是由碲化镉或其他材料组成的薄膜，用于改善CIGS吸收层与前电极之间的接触，同时还能够提高电池的稳定性和效率。
5. 透明导电层，通常是氧化铟锡（ITO）或其他透明导电氧化物材料，用于收集从CIGS吸收层中产生的电子并将其引出电池。
6. 前电极，通常是一层透明导电材料，用于收集电子并将其引
出电池，同时还能够允许太阳光透过并被CIGS吸收层吸收。
这些层次的结合使得CIGS薄膜太阳能电池能够高效地转换太阳
能光子为电能。
同时，这种结构相对较薄且灵活，因此可以用于多
种应用，如建筑一体化和便携式充电设备等。
总的来说，CIGS薄膜
太阳能电池结构的设计使其成为了一种具有潜力的太阳能电池技术。
CIGS薄膜太阳能电池
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太阳能电池的工作原理
2
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太阳能电池的工作原理
转换效率:
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太阳能电池的工作原理
4
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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
弱光特性好.对光照不理想的地区犹显其优异性能.
5
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CIGS的晶体结构
CuInSe2黄铜矿晶格结构
6
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
在坡型带隙结 构中，梯度带隙层 内存在内电场的作 用，使表面附近被 激发的少数载流子 向结方向漂移，缓 和了表面复合的影 响。
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结构原理
铝电极（电子束蒸发）
减反射膜（热蒸发法） 作用：增加入射率
14ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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结构原理
ZAO（直流溅射） 要求：低阻，高透，欧姆接触
15
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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
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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：
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%。
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。
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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。
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
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， 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。 铜铟镓硒薄膜太阳能电池是多元化合物薄膜电池的重要一员，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 制 备 材 料 的 不 同
• 从原材料供应角度分析，人类大规模使用阳光发电，最终的 选择只能是非晶硅太阳电池及其它薄膜太阳电池，别无它法！
• 能量返回期短
• 转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9度电/ 瓦，由它发电后返回的时间约为1.5-2年，这是晶硅太阳电 池无法比拟的。
• 大面积自动化生产
• 目前，世界上最大的非晶硅太阳电池是Switzland Unaxis 的KAI-1200 PECVD 设备生产的1100mm*1250mm单结晶非晶 硅太阳电池，起初是效率高于9%。其稳定输出功率接近 80W/片。
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、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）太阳电池制备主要设备及主要测试设备：
磁控溅射设备：制备Mo电极、CuInGa合金预制层、本征i-ZnO和搀杂 AL-ZnO(ITO)透明导电层、上电极ＡＬ
硒化装置：对CuInGa合金预制层进行硒化，形成Ｎ型的吸收层 CuInxGa1-xSe2 水浴反应槽：制备过渡层CdS或ZnS
补充: 磁控溅射
三 步 共 蒸 发 法
1. 衬底温度保持在约350 ℃左右，真空蒸发In，Ga，Se三种元 素，首先制备形成(In，Ga)Se预置层。 2. 将衬底温度提高到550一580℃，共蒸发Cu，Se，形成表面 富Cu的ＣＩＧＳ薄膜。 3. 保持第二步的衬底温度不变，在富Cu的薄膜表面再根据需要 补充蒸发适量的In、Ga、Se，最终得到ＣｕＩｎ１－ｘＧａｘ Ｓｅ２的薄膜。
非晶硅太阳能电池存在的问题
• 效率较低
• 单晶硅太阳能电池，单体效率为14%-17%(AMO)，而柔性基体 非晶硅太阳电池组件（约1000平方厘米）的效率为10-12%， 还存在一定差距。 • 相同的输出电量所需太阳能电池面积增加，对于对太阳能电 池占地面积要求不高的场合尤其适用，如农村和西部地区。 • 我国目前尚有约28000个村庄、700万户、大约3000万农村人 口还没有用上电， 60%的有电县严重缺电；光致衰减效应也 可在电量输出中加以考虑，我们认为以上缺点已不成为其发 展的障碍，非晶硅太阳能电池已迎来新的发展机遇。
硅基太阳能电池 主要:GaAs CdS CIGS 多元化合物薄膜 太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 纳米晶太阳能电池
目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池
二、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池介绍
简介
铜铟硒太阳能薄膜电池（简称铜铟硒电池）是在玻璃或其它廉价衬底上 沉积若干层金属化合物半导体薄膜，薄膜总厚度大约为2－3微米，利用太阳光 发电。铜铟硒电池具有成本低、性 能稳定、抗辐射能力强等特性，光电转换 效率目前是各种薄膜太阳电池之首，正是由于其优异的性能被国际上称为下一 时代的廉价太阳能电池，吸引了众多机构及专家进行研究开发。但因为铜铟硒 电池是多元化合物半导体器件，具有复杂的多层结构和敏感的元素配比，要求 其工艺和制备条件极为苛刻，目前只有美国、日本、德国完成了中试线的开发， 但尚未实现规模化生产。
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。
突出特点：CIS 太阳电池有转换效率高、制造成本低、电池性能稳定三大突出的特 点。 转换效率高 CIS薄膜的禁带宽度为1.04eV，通过掺入适量的Ga（镓）以替代部分In，成为 Cu In1= xGaxSe2 (简称CIGS) 混溶晶体，薄膜的禁带宽度可在1.04～1.7 eV 范围内调 整，这就为太阳电池最佳带隙的优化提供了新的途径。所以, C IS (C IGS)是高效薄膜 太阳电池的最有前途的光伏材料。美国NREL 使用三步沉积法制作的C IGS 太阳能电池 的最高转换效率为19.5%，是薄膜太阳电池的世界纪录。 制造成本低 吸收层薄膜CuInSe2是一种直接带隙材料，光吸收率高达105量级，最适于太阳电池 薄膜化，电池厚度可以做到2～3Lm，降低了昂贵的材料消耗。CIS 电池年产1. 5MW， 其成本是晶体硅太阳电池的1/ 2～1/3，能量偿还时间在一年之内，远远低于晶体硅太 阳电池。 电池性能稳定 美国波音航空公司曾经制备91cm2的C IS 组件，转换效率为6.5%。100MW/cm2光 照7900 h 后发现电池效率没有任何衰减，西门子公司制备的CIS电池组件在美国国家可 再生能源实验室(NREL ) 室外测试设备上，经受7年的考验仍然显示着原有的性能。
CIGS的晶体结构
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
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。
• 商品晶体硅太阳电池还是以156mm*156mm和125mm*125mm为 主。
• 短波响应优于晶体硅太阳电池
• 上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套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国内发展现状
经过近20年的努力,我国在光伏发电技术的研究方面，开发储备了一定的 技术基础,先后在实验室制备出了晶硅高效电池，多晶硅电池，非晶硅电池， 以及CdTe和CIGS等等。国内最早开展CIGS研究的是南开大学，先后承担 了国家“十五”“863”等重点课题。在“铜铟硒太阳能薄膜电池实验平台与 中试线”和天津市的支持下，南开大学光电子薄膜器件与技术研究所的研究 取得了关键性突破，其采用共蒸发法制备的CIS薄膜电池效率在2003年达到 了12.1%。2008年12月，位于天津滨海新区的“国家863铜铟硒薄膜太阳电 池中试基地”研制出29×36cm2的CIGS太阳电池组件，转换效率达到7%。 最近几年，国内也有一些单位，如清华大学、北京大学、华东师范大学等， 也在开展CIS、CIGS薄膜太阳能电池制备工艺方面的研究工作,但是整体水 平与国外的差距是非常大的。