CIGS太阳能电池的发展历史

Chalcopyrite （黄铜矿结构）
Red = Cu, yellow = Se, blue = In/Ga
http://www.nrel.gov/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."
Fra Baidu bibliotek
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。
• • • • • •
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
NREL—19.9% 2008年2月
source：http://onlinelibrary.wiley.com/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
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. (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 only 0.2–0.5 μm. In addition, we find large voids between this small grained bottom layer and the top layer of large grains. The efficiencies of these SEM analysed solar cell samples, however, are practically the same.
Michael Powalla. High-efficiency Cu(In,Ga)Se2 cells and modules. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2013
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。
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。
.
• beginning with about 6% efficient cells at the University of Maine .
EuroCIS-14.8% 1993年
BOEING-15.9%
1994年
http://scitation.aip.org/getpdf/servlet/GetPDFServlet?filetype=pdf&id=APCPCS000306000001000059000001&idtype=cvips&doi=10.1063/1.45732&prog=normal
ZSW -20.1%
2010年4月
Dr. Michael Powalla
http://www.pv-tech.org/news/cigs_record_of_20.1_efficiency_reported_by_researchers_at_zsw
ZSW -20.3% 月
2010年8
Dr. Michael Powalla
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%。
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
source:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.1078/pdf
EMPA -20.4%
2013年1月
http://www.pv-tech.org/news/empa_achieves_record_efficiency_for_converting_sunlight_into_electricity
CIGS太阳能电池的发展 历史
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可在1.04~1.67eV 之间连续调整能带宽度。 (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 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。