铜铟镓硒薄膜材料及其制备技术的研究进展
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制备CIGS薄膜之前在Mo涂覆的PI衬底上沉积NaF预制层 （Tsub，max=500 ℃）
NaF层厚度对 成分分布的影响
不同厚度的NaF层对晶粒尺寸的影响
CIGS电池横截面的SEM图
4-2 两种高效的掺杂Na的新方法
掺杂Na的（Mo：Na）背电极层
采用溶胶—凝胶法沉积含Na的硅氧化物（SiOx：Na)
铜铟镓硒薄膜材料及其制备 技术的研究进展
2013年6月
内容提要
一、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池简介
二、CIGS薄膜制备研究进展
三、CIGS薄膜性能研究进展
四、柔性CIGS薄膜太阳电池技术进展
一、CIGS薄膜太阳电池简介
以Cu(In,Ga)Se2（CIGS）多元半导体化合 德国ZWL：2010年实 物薄膜为光吸收层的太阳电池
CIGS薄膜太阳电池典型结构图
CIGS薄膜材料
化学组成：CuInxGa1-xSe2 晶体结构：黄铜矿结构，CuInSe2和CuGaSe2的混晶半导体 直接带隙半导体，光吸收系数高达
105cm-1数量级—利于薄膜化；
禁带宽度：1.04~1.68eV； 抗辐射，寿命长； 可沉积在钠钙玻璃上形成高品质结 晶，也可沉积在不锈钢箔和聚酰亚
三、CIGS薄膜性能研究进展
最终目标
改进薄膜性能
提高电池光电 转换效率
掺杂改变薄膜成分 优化制备工艺
提高成分均匀性，改善 薄膜表面与界面，提高 薄膜质量。
1、Ga对薄膜性能的影响
调整Ga/(In+Ga) 比例
Normal grading
薄膜带隙范围覆盖 1.04~1.68eV
Ga/(In+Ga) 覆Mo 背电极
高转换效率，稳定性好
大面积、低成本、高 效率电池发展方向
电池器件性能
2.1 真空法
1、共蒸发法—NREL three stage Co-evaporation method
近年研究方向
沉 衬 优势：薄膜性能 积 底 稳定，转换效率目 速 温 前最高。 率 度
真空共蒸发In、Ga、Se到Mo覆盖玻璃衬底上， 衬底温度350±10℃，形成（In0.3Ga0.7）2Se3层
（a）In/（CuGa+In）/ In/（CuGa+In）/In （b）CuGa /In/ CuGa
两种预制层硒化后的薄膜形貌
（a、b）In/（CuGa+In）；（c、d）CuGa /In
两种薄膜深度方向上的成分分布
（a）In/（CuGa+In）；（b）CuGa /In
H2Se高温硒化预制层+原位退火制备CIGS薄膜
In靶/CuGa合 金靶材 CuGa/In 预制层
磁控溅射
H2Se或固态 硒源硒化
CIGS薄膜
靶材成分比例 溅射速率、时间
调整成分比例、分布 控制结晶质量
调整Ga元素分布 控制成膜质量
获得高质量薄膜
连续溅射沉积CuGa/In和In/(CuGa+In)预制层
制备出质量、带 隙可控的贫Cu的 CIGS薄膜 （112）择优取 向较（220）/ （204）更为稳定 CuGa/In制备的薄 膜在深度方向成分 更加均匀
串联结构（多节堆垛）CIGS吸收层 Tandem structure（Multi-junction stacked）
CIS/CIGS/CGS薄膜 带隙： 1.42→2.06eV
光吸收系数： 4.8×104cm-1
电池性能新突破
制备串联结构CIGS吸收层的工艺图示
薄膜表面FESEM图像及EDS分析结果
胺等柔性沉底上。
CIGS薄膜太阳电池发展历程及研究现状
70年代，Bell实验室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，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； 1999年，美国可再生能源实验室（NREL）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% 。
抑制高温沉积时金属衬底中Fe等杂质元素的影响
改善在PI衬底上低温沉积的CIGS薄膜的性质
衬底材料性质，如热膨胀、粗糙度、稳定性等 技 术 关 键 施加阻挡层（SiOx、Al2O3），抑制杂质元素扩散 低温沉积超薄薄膜技术 Na元素的掺杂技术
4-1 Na对低温沉积CIGS薄膜性质的影响（PI衬底）
三步共蒸发法的相变过程
预制层 贫Cu有 序缺陷 化合物 （OVC） 关 键 过 程 523 ℃以上为液态（富Cu）
贫Cu
实例一
实现在线成分监测
CIGS薄膜成分再现性好 表面光洁 晶粒粗大且呈柱状
形成液态 Cu2-xSe，温 度显著下降
第二步和第三步采用恒定功率加热时 衬底温度的变化曲线
实例二—低衬底温度、高沉积速率（第二步）
缺点：成分和沉 积过程控制难度大， 原料利用率低，成 薄 相 光 本高。结 在Se气氛下沉积In、Ga，对薄膜的组份进行微调， 膜 晶 变 电 获得了化学计量比接近于0.86≤Cu/(In+Ga)≤0.96 成 质 过 性 的CIGS薄膜材料 分 量 程 能
在550±10℃的衬底温度下沉积Cu、Se，与 （In0.3Ga0.7）2Se3层反应形成富Cu的CIGS薄膜
薄膜截面FESEM图像
SIMS分析结果 （CIS/CIGS/CGS深度方向）
Cu浓度梯度和Ga浓度梯度对比
2.2 非真空法
1、电沉积法（Electrodeposited method）
酸性溶液 中电沉积
制备预制 层薄膜
共蒸发调 整元素的 比例
硒化或 热处理
高质量 CIGS薄膜
成本低，原料利用率高，薄膜生长速率快、质量高， 大面积、连续、多组元、低温的沉积方法。
CIGS薄膜
2、涂覆法——纳米颗粒涂覆法
Cu、In、Ga混合制成金属氧化物纳米颗粒涂料
在聚酰亚 胺、不锈 钢箔、Ti 箔等柔性 衬底上沉 积薄膜具 有优势
加入分散剂和润湿剂形成“墨水” 丝网印刷等工艺涂覆在覆Mo衬底上并干燥
500~550℃的H2和N2气氛中脱氧获得CuInGa合金 在420~450℃的H2Se和N2混合气氛中硒化形成 CIGS薄膜
Double grading
与太阳光谱更加匹配
Depth
CIGS表面
两种Ga的浓度梯度
百度文库
提高电池开路电压和光电 转换效率
两种浓度梯度对电池性能的影响
（1）对于具有标准厚度（1.5~2.0μm）CIGS层的器件，在 Ga /(In +Ga) = 0.25~0.50和Cu /(In +Ga) = 0.7~1.0时，具有 Normal grading的电池效率增加约0.4%。
改变三步法中的CIGS薄膜生长过程（增加过剩Cu的含量）
Cu-rich
共蒸发法中第二步过剩Cu对薄膜晶粒尺寸的影响
衬底温度600℃
衬底温度450℃
过剩Cu对Na元素分布的影响
SIMS曲线（衬底温度600℃）
过剩Cu对Ga浓度梯度的影响
衬底温度600℃
3、化学成分均匀性的研究
组织不均匀 化学成分 不均匀性 晶界和晶粒结构 不均匀 结构缺陷，如位错 电池效率低
美国可再生能源实验室（NREL）研究进展
最初制备工艺——光电转换效率15.4%（0.418cm2）
电沉积制备Cu-InGa-Se预制层薄膜
物理气相沉积 （PVD）调整成分
热处理获得CIGS 薄膜
新工艺——光电转换效率先后达到10.9%和11.7%
电沉积制备Cu/In/Ga 预制层薄膜
550 ℃硒化退火
CIGS薄膜太阳电池的技术瓶颈及研究热点
技术瓶颈
设备成本高、原材料利用率低 薄膜化学成分精确控制 大面积薄膜均匀性差，电池效率不高
研究热点
高光电转换效率薄膜太阳电池研究 大面积、均匀化和低成本的薄膜制备技术 柔性薄膜太阳电池技术
二、CIGS薄膜制备研究进展
共蒸发法
真空法
溅射-硒化法 制备工艺 电沉积法 非真空法 涂覆法 化学成分 薄膜性能 结晶质量 表面与界面
化学成分在纳米尺度下的不均匀性及对电池 性能的影响
Ga含量在相邻晶粒之间 明显不同
相邻晶粒之间电性质的 差异
CIGS电池横截面TEM明场像及EDS分析结果
沿薄膜生长方向的成分变化
电池横截面TEM明场像及沿红色箭头的EDS分析结果
不同薄膜沉积温度对成分分布和电池效率的影响
提高薄膜沉积温度可 减少成分的不均匀性
——提供Na源，并可作为Fe、Cr等杂质元素的阻挡层
4-3 不锈钢衬底柔性太阳电池
Al2O3阻挡层 430不锈钢
不锈钢衬底柔性太阳电池结构
采用NaF作为Na源提供掺杂Na
不同NaF层厚度对电池性能的影响 （NaF在CIGS沉积时共蒸发）
NaF层厚度50Å时，
光电转换效率最
高—15.8%，厚度
继续增加，Na掺
（2）通过减少CIGS的厚度，Ga浓度梯度的有益作用增加，
CIGS层0.5μm厚时，效率提高2.5%。
（3）对于Double grading，在CIGS层表面增加Ga /( In +Ga)
，没有使电池性能增加。
2、Cu对薄膜性能的影响
薄膜形貌
结晶质量 Cu /(In + Ga) 晶粒尺寸 Na元素的分布 贫Cu至富Cu的相变过程 电池性能
杂过量。
Na对Ga的浓度分 布的影响
NaF不同掺杂阶段对电池性能的影响
CIGS沉积前沉 积NaF预制层
第二步共蒸发 沉积NaF层
第三步后处理 时沉积NaF层
结语
低成本及非真空的制备工艺适合大面积薄膜太阳电池的制备，但薄膜 质量有待提高，电池效率仍有很大的提升空间。 非真空法的低温、大面积沉积工艺非常适用于柔性薄膜电池的生产。 CIGS薄膜性能研究的最终目标是提高电池的光电转换效率。目前采用 的主要手段是：元素掺杂改性，改进工艺提高薄膜质量，改善薄膜的 表面与界面。近年来，采用廉价元素替代或取代In、Ga稀贵金属元素 是一个重要的发展趋势。
光吸收系数高
光电转换效率高 长期稳定性好 抗辐射能力强 弱光特性好 第三代太阳电池首选 验室最高转换效率达 20.3%
CIGS薄膜太阳电池典型结构——多层膜结构
Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2 （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 薄膜光吸收层 电池性能参数 开路电压Voc 短路电流Jsc 决定太阳电池器件性 填充因子FF% 能的核心 光电转换效率η%
工艺特点 较低温度（350~450℃）下部分硒化避免团聚 快速气体交换避免过度硒化 原位退火促进Ga的扩散，调整了带隙梯度
CIGS薄膜晶粒尺寸大、结晶度高，吸收层表面的Ga含量增加，从
而使带隙增加；电池器件的开路电压达623mV，转换效率超过15%
。
（a）标准450℃硒化工艺；
（b）优化的高温硒化工艺
衬底温度 低于523 ℃ 提 高 Cu 沉 积 速 率 形成Cu2-xSe 固相颗粒 表面粗糙度↑
显著促进薄膜晶粒生长 提高晶粒紧凑程度 有效改善相分离的现象
开路电压↑ 短路电流↑ 光电转换效率↑
衬底温度420℃，在最佳沉积速率下，最高转换效率11.24%。
2、溅射—硒化法（Sputtering-Selenization Method）
不同掺杂Na方式的薄膜形貌
不同掺杂Na方式的 薄膜中深度方向上 Na和O的分布曲线
S的掺杂
Se的部分掺杂替代元素，调节CIGS吸收层带隙，改善 CIGS吸收层与无Cd型缓冲层的相容性，降低成本。 S完全替代Se形成的Cu(In,Ga) S2薄膜太阳电池
转换效率已超过13%，带隙为1.7eV，但是电池开路电压 仍然较低。
其它：完全替代In、Ga——Cu2ZnSn(S,Se)4
四、柔性CIGS薄膜太阳电池技术进展
质量轻、可弯曲、重量比功率高、制造成本低，在 空间高能粒子的辐照下具有很好的稳定性，在航空、 航天及民用等方面具有很好的发展前景。
改进工艺，提高吸收层附着性 研 究 热 点 优化掺杂Na工艺（Na-free flexible substrate）
提高光电转换效率
4、元素掺杂改性的研究
Na的掺杂
钠钙玻璃衬底中的Na经Mo层扩散至CIGS薄膜
形成Na2Sex，存在于晶界
延缓了薄膜的生长速度而有利于Se的扩散，并且使晶粒
尺寸增大、晶界缺陷钝化，提高p型CIGS的电传导率，
优化CIGS电池的电学性能
采用Na2S外部掺杂Na
三步共蒸发过程中Na掺杂的时机和三个不同位置
NaF层厚度对 成分分布的影响
不同厚度的NaF层对晶粒尺寸的影响
CIGS电池横截面的SEM图
4-2 两种高效的掺杂Na的新方法
掺杂Na的（Mo：Na）背电极层
采用溶胶—凝胶法沉积含Na的硅氧化物（SiOx：Na)
铜铟镓硒薄膜材料及其制备 技术的研究进展
2013年6月
内容提要
一、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池简介
二、CIGS薄膜制备研究进展
三、CIGS薄膜性能研究进展
四、柔性CIGS薄膜太阳电池技术进展
一、CIGS薄膜太阳电池简介
以Cu(In,Ga)Se2（CIGS）多元半导体化合 德国ZWL：2010年实 物薄膜为光吸收层的太阳电池
CIGS薄膜太阳电池典型结构图
CIGS薄膜材料
化学组成：CuInxGa1-xSe2 晶体结构：黄铜矿结构，CuInSe2和CuGaSe2的混晶半导体 直接带隙半导体，光吸收系数高达
105cm-1数量级—利于薄膜化；
禁带宽度：1.04~1.68eV； 抗辐射，寿命长； 可沉积在钠钙玻璃上形成高品质结 晶，也可沉积在不锈钢箔和聚酰亚
三、CIGS薄膜性能研究进展
最终目标
改进薄膜性能
提高电池光电 转换效率
掺杂改变薄膜成分 优化制备工艺
提高成分均匀性，改善 薄膜表面与界面，提高 薄膜质量。
1、Ga对薄膜性能的影响
调整Ga/(In+Ga) 比例
Normal grading
薄膜带隙范围覆盖 1.04~1.68eV
Ga/(In+Ga) 覆Mo 背电极
高转换效率，稳定性好
大面积、低成本、高 效率电池发展方向
电池器件性能
2.1 真空法
1、共蒸发法—NREL three stage Co-evaporation method
近年研究方向
沉 衬 优势：薄膜性能 积 底 稳定，转换效率目 速 温 前最高。 率 度
真空共蒸发In、Ga、Se到Mo覆盖玻璃衬底上， 衬底温度350±10℃，形成（In0.3Ga0.7）2Se3层
（a）In/（CuGa+In）/ In/（CuGa+In）/In （b）CuGa /In/ CuGa
两种预制层硒化后的薄膜形貌
（a、b）In/（CuGa+In）；（c、d）CuGa /In
两种薄膜深度方向上的成分分布
（a）In/（CuGa+In）；（b）CuGa /In
H2Se高温硒化预制层+原位退火制备CIGS薄膜
In靶/CuGa合 金靶材 CuGa/In 预制层
磁控溅射
H2Se或固态 硒源硒化
CIGS薄膜
靶材成分比例 溅射速率、时间
调整成分比例、分布 控制结晶质量
调整Ga元素分布 控制成膜质量
获得高质量薄膜
连续溅射沉积CuGa/In和In/(CuGa+In)预制层
制备出质量、带 隙可控的贫Cu的 CIGS薄膜 （112）择优取 向较（220）/ （204）更为稳定 CuGa/In制备的薄 膜在深度方向成分 更加均匀
串联结构（多节堆垛）CIGS吸收层 Tandem structure（Multi-junction stacked）
CIS/CIGS/CGS薄膜 带隙： 1.42→2.06eV
光吸收系数： 4.8×104cm-1
电池性能新突破
制备串联结构CIGS吸收层的工艺图示
薄膜表面FESEM图像及EDS分析结果
胺等柔性沉底上。
CIGS薄膜太阳电池发展历程及研究现状
70年代，Bell实验室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，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； 1999年，美国可再生能源实验室（NREL）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% 。
抑制高温沉积时金属衬底中Fe等杂质元素的影响
改善在PI衬底上低温沉积的CIGS薄膜的性质
衬底材料性质，如热膨胀、粗糙度、稳定性等 技 术 关 键 施加阻挡层（SiOx、Al2O3），抑制杂质元素扩散 低温沉积超薄薄膜技术 Na元素的掺杂技术
4-1 Na对低温沉积CIGS薄膜性质的影响（PI衬底）
三步共蒸发法的相变过程
预制层 贫Cu有 序缺陷 化合物 （OVC） 关 键 过 程 523 ℃以上为液态（富Cu）
贫Cu
实例一
实现在线成分监测
CIGS薄膜成分再现性好 表面光洁 晶粒粗大且呈柱状
形成液态 Cu2-xSe，温 度显著下降
第二步和第三步采用恒定功率加热时 衬底温度的变化曲线
实例二—低衬底温度、高沉积速率（第二步）
缺点：成分和沉 积过程控制难度大， 原料利用率低，成 薄 相 光 本高。结 在Se气氛下沉积In、Ga，对薄膜的组份进行微调， 膜 晶 变 电 获得了化学计量比接近于0.86≤Cu/(In+Ga)≤0.96 成 质 过 性 的CIGS薄膜材料 分 量 程 能
在550±10℃的衬底温度下沉积Cu、Se，与 （In0.3Ga0.7）2Se3层反应形成富Cu的CIGS薄膜
薄膜截面FESEM图像
SIMS分析结果 （CIS/CIGS/CGS深度方向）
Cu浓度梯度和Ga浓度梯度对比
2.2 非真空法
1、电沉积法（Electrodeposited method）
酸性溶液 中电沉积
制备预制 层薄膜
共蒸发调 整元素的 比例
硒化或 热处理
高质量 CIGS薄膜
成本低，原料利用率高，薄膜生长速率快、质量高， 大面积、连续、多组元、低温的沉积方法。
CIGS薄膜
2、涂覆法——纳米颗粒涂覆法
Cu、In、Ga混合制成金属氧化物纳米颗粒涂料
在聚酰亚 胺、不锈 钢箔、Ti 箔等柔性 衬底上沉 积薄膜具 有优势
加入分散剂和润湿剂形成“墨水” 丝网印刷等工艺涂覆在覆Mo衬底上并干燥
500~550℃的H2和N2气氛中脱氧获得CuInGa合金 在420~450℃的H2Se和N2混合气氛中硒化形成 CIGS薄膜
Double grading
与太阳光谱更加匹配
Depth
CIGS表面
两种Ga的浓度梯度
百度文库
提高电池开路电压和光电 转换效率
两种浓度梯度对电池性能的影响
（1）对于具有标准厚度（1.5~2.0μm）CIGS层的器件，在 Ga /(In +Ga) = 0.25~0.50和Cu /(In +Ga) = 0.7~1.0时，具有 Normal grading的电池效率增加约0.4%。
改变三步法中的CIGS薄膜生长过程（增加过剩Cu的含量）
Cu-rich
共蒸发法中第二步过剩Cu对薄膜晶粒尺寸的影响
衬底温度600℃
衬底温度450℃
过剩Cu对Na元素分布的影响
SIMS曲线（衬底温度600℃）
过剩Cu对Ga浓度梯度的影响
衬底温度600℃
3、化学成分均匀性的研究
组织不均匀 化学成分 不均匀性 晶界和晶粒结构 不均匀 结构缺陷，如位错 电池效率低
美国可再生能源实验室（NREL）研究进展
最初制备工艺——光电转换效率15.4%（0.418cm2）
电沉积制备Cu-InGa-Se预制层薄膜
物理气相沉积 （PVD）调整成分
热处理获得CIGS 薄膜
新工艺——光电转换效率先后达到10.9%和11.7%
电沉积制备Cu/In/Ga 预制层薄膜
550 ℃硒化退火
CIGS薄膜太阳电池的技术瓶颈及研究热点
技术瓶颈
设备成本高、原材料利用率低 薄膜化学成分精确控制 大面积薄膜均匀性差，电池效率不高
研究热点
高光电转换效率薄膜太阳电池研究 大面积、均匀化和低成本的薄膜制备技术 柔性薄膜太阳电池技术
二、CIGS薄膜制备研究进展
共蒸发法
真空法
溅射-硒化法 制备工艺 电沉积法 非真空法 涂覆法 化学成分 薄膜性能 结晶质量 表面与界面
化学成分在纳米尺度下的不均匀性及对电池 性能的影响
Ga含量在相邻晶粒之间 明显不同
相邻晶粒之间电性质的 差异
CIGS电池横截面TEM明场像及EDS分析结果
沿薄膜生长方向的成分变化
电池横截面TEM明场像及沿红色箭头的EDS分析结果
不同薄膜沉积温度对成分分布和电池效率的影响
提高薄膜沉积温度可 减少成分的不均匀性
——提供Na源，并可作为Fe、Cr等杂质元素的阻挡层
4-3 不锈钢衬底柔性太阳电池
Al2O3阻挡层 430不锈钢
不锈钢衬底柔性太阳电池结构
采用NaF作为Na源提供掺杂Na
不同NaF层厚度对电池性能的影响 （NaF在CIGS沉积时共蒸发）
NaF层厚度50Å时，
光电转换效率最
高—15.8%，厚度
继续增加，Na掺
（2）通过减少CIGS的厚度，Ga浓度梯度的有益作用增加，
CIGS层0.5μm厚时，效率提高2.5%。
（3）对于Double grading，在CIGS层表面增加Ga /( In +Ga)
，没有使电池性能增加。
2、Cu对薄膜性能的影响
薄膜形貌
结晶质量 Cu /(In + Ga) 晶粒尺寸 Na元素的分布 贫Cu至富Cu的相变过程 电池性能
杂过量。
Na对Ga的浓度分 布的影响
NaF不同掺杂阶段对电池性能的影响
CIGS沉积前沉 积NaF预制层
第二步共蒸发 沉积NaF层
第三步后处理 时沉积NaF层
结语
低成本及非真空的制备工艺适合大面积薄膜太阳电池的制备，但薄膜 质量有待提高，电池效率仍有很大的提升空间。 非真空法的低温、大面积沉积工艺非常适用于柔性薄膜电池的生产。 CIGS薄膜性能研究的最终目标是提高电池的光电转换效率。目前采用 的主要手段是：元素掺杂改性，改进工艺提高薄膜质量，改善薄膜的 表面与界面。近年来，采用廉价元素替代或取代In、Ga稀贵金属元素 是一个重要的发展趋势。
光吸收系数高
光电转换效率高 长期稳定性好 抗辐射能力强 弱光特性好 第三代太阳电池首选 验室最高转换效率达 20.3%
CIGS薄膜太阳电池典型结构——多层膜结构
Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2 （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 薄膜光吸收层 电池性能参数 开路电压Voc 短路电流Jsc 决定太阳电池器件性 填充因子FF% 能的核心 光电转换效率η%
工艺特点 较低温度（350~450℃）下部分硒化避免团聚 快速气体交换避免过度硒化 原位退火促进Ga的扩散，调整了带隙梯度
CIGS薄膜晶粒尺寸大、结晶度高，吸收层表面的Ga含量增加，从
而使带隙增加；电池器件的开路电压达623mV，转换效率超过15%
。
（a）标准450℃硒化工艺；
（b）优化的高温硒化工艺
衬底温度 低于523 ℃ 提 高 Cu 沉 积 速 率 形成Cu2-xSe 固相颗粒 表面粗糙度↑
显著促进薄膜晶粒生长 提高晶粒紧凑程度 有效改善相分离的现象
开路电压↑ 短路电流↑ 光电转换效率↑
衬底温度420℃，在最佳沉积速率下，最高转换效率11.24%。
2、溅射—硒化法（Sputtering-Selenization Method）
不同掺杂Na方式的薄膜形貌
不同掺杂Na方式的 薄膜中深度方向上 Na和O的分布曲线
S的掺杂
Se的部分掺杂替代元素，调节CIGS吸收层带隙，改善 CIGS吸收层与无Cd型缓冲层的相容性，降低成本。 S完全替代Se形成的Cu(In,Ga) S2薄膜太阳电池
转换效率已超过13%，带隙为1.7eV，但是电池开路电压 仍然较低。
其它：完全替代In、Ga——Cu2ZnSn(S,Se)4
四、柔性CIGS薄膜太阳电池技术进展
质量轻、可弯曲、重量比功率高、制造成本低，在 空间高能粒子的辐照下具有很好的稳定性，在航空、 航天及民用等方面具有很好的发展前景。
改进工艺，提高吸收层附着性 研 究 热 点 优化掺杂Na工艺（Na-free flexible substrate）
提高光电转换效率
4、元素掺杂改性的研究
Na的掺杂
钠钙玻璃衬底中的Na经Mo层扩散至CIGS薄膜
形成Na2Sex，存在于晶界
延缓了薄膜的生长速度而有利于Se的扩散，并且使晶粒
尺寸增大、晶界缺陷钝化，提高p型CIGS的电传导率，
优化CIGS电池的电学性能
采用Na2S外部掺杂Na
三步共蒸发过程中Na掺杂的时机和三个不同位置