薄膜太阳能电池课件
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• 薄膜太阳能电池中硅基薄膜电池、碲化镉（CdTe）薄膜电池、砷化镓（GsAs）薄膜电池、 铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池属于第二代太阳能电池，起步较早，且技术已经达到较高的成 熟度，不仅在实验室取得丰硕的研究成果，而且已投入使用并占一定的市场份额。
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5
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6
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
CIGS太阳能电池结构示意图
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7
吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
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CIGS黄铜矿和ZnS闪锌矿的结构 8
CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大
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具有较强抗辐射能力 硏究发现，在1MeV
电子辐照下，CIGS 性能并没有任何衰减 趋势
2
光吸收能力强。 通过调节Ga的含量，
目录
CONTENTS
1
CIGS薄膜太阳能电池简介
年度工作概述
2
CIGS薄膜太阳能电池的制备
3
总结
4
CZTS薄膜太阳能电池简介
5
交流
2
CIGS薄膜太阳能电池简介
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3
太阳能电池分类及发展
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4
• 一般而言，薄膜太阳能电池主要包括硅基薄膜电池（分为非晶硅、微晶硅和多晶硅薄膜电 池三种）、碲化镉（CdTe）薄膜电池、砷化镓（GaAs）薄膜电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜 电池。
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13
CIGS薄膜太阳能电池的制备
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14
•各种CIGS薄膜太阳能电池的制备方法不同之处主要在于吸收层CIGS薄膜的制备过程，而除此之外的其 余各层主流制备方法大同小异。一般将CIGS薄膜的制备方法分为真空法和非真空法两大体系。 •制备技术包括：多元共蒸发法、溅射硒化法、电沉积法、丝网印刷法、微粒沉积法、分子束外延法等 等。
11
CIGS薄膜制备技术的研发热点
•在CIGS太阳能电池技术发展过程中，需要科研工作者进一步解决的主要问题 包括以下三个方面： （1）提高光电转换效率 （2）降低电池成本 （3）无毒无污染工艺开发
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12
CIGS 薄膜太阳能电池产业发展
• 世界CIGS 薄膜太阳能电池产业发展经历了三个阶段。 • 第一阶段（2000-2003 年），德国的Wurth Solar和日本的Showa Shell、Honda Soltec 等企业首先实现了
玻璃基板衬底CIGS 薄膜太阳能电池的产业化，并且逐渐向大尺寸方向发展； • 第二阶段（2004-2007年），柔型衬底研发阶段， 以美国的Global Solar Energy、Miasole等企业为代表； • 第三阶段（2008 年-至今），基于金属/聚合物衬底的roll-to-roll 工艺研究，以美国Nano solar、ISET 公
在薄膜太阳能电池中，铜铟镓硒作为吸收层的薄膜太阳电池有近似最佳的光学能隙，此外成本低、性能
稳定、轻柔便携、弱光效应好、适用性强，可设计成任意尺寸和功率，适用于消费品市场、小型户
dian'ch用屋顶组件、大型商用屋顶轻质组件、太阳能电站组件等领域。
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10
CIGS电池的发展历程
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司和中国台湾工业技术研究院为代表
• 在国内，汉能集团薄膜太阳能产能已达到3GW，超过美国第一太阳能，成为世界上规模最大的薄膜太 阳能企业。且收购了Solibro等国外薄膜太阳能公司。
• 在自主创新方面，虽然CIGS的实验室转换效率已超过20%，但很大规模的商业量产和明显的技术优势 尚未出现，使国内企业通过走自主创新路线掌握核心技术的构想成为可能。
可使CIGS的禁带宽 度在1.04-1.67 eV 内调整，以得到所 要的吸收层材料
3
转换效率高 德国Manz集团与ZSW
合作制造的实验室 转换效率21.7%的电 池 最近日本企业制备 了转换效率为22.3% 的电池
4
稳定性好，使用寿命 长
日本Showa Shell公 司对11kw的CIGS电池 方阵进行了户外测试， 测试时间共持续3年
于CIGS薄膜禁带宽度的光子注入到其中时，将被吸收并激发出空穴-电子对。电子被分离至n型区，空 穴被分离至P型区，形成光电流。
CIGSe薄膜太阳能电池的主要工作原理 (a) p-n结的形成示意图；(b) p-n结的能带示意图
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9
CISG薄膜太阳能电池具有以下几个优点：
1
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CIGS和CZTS 薄膜太阳能电池及其制备方法
汇报人：张德龙 学号：
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铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
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吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
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CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大
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具有较强抗辐射能力 硏究发现，在1MeV
电子辐照下，CIGS 性能并没有任何衰减 趋势
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光吸收能力强。 通过调节Ga的含量，
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CONTENTS
1
CIGS薄膜太阳能电池简介
年度工作概述
2
CIGS薄膜太阳能电池的制备
3
总结
4
CZTS薄膜太阳能电池简介
5
交流
2
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太阳能电池分类及发展
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• 一般而言，薄膜太阳能电池主要包括硅基薄膜电池（分为非晶硅、微晶硅和多晶硅薄膜电 池三种）、碲化镉（CdTe）薄膜电池、砷化镓（GaAs）薄膜电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜 电池。
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CIGS薄膜太阳能电池的制备
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•各种CIGS薄膜太阳能电池的制备方法不同之处主要在于吸收层CIGS薄膜的制备过程，而除此之外的其 余各层主流制备方法大同小异。一般将CIGS薄膜的制备方法分为真空法和非真空法两大体系。 •制备技术包括：多元共蒸发法、溅射硒化法、电沉积法、丝网印刷法、微粒沉积法、分子束外延法等 等。
11
CIGS薄膜制备技术的研发热点
•在CIGS太阳能电池技术发展过程中，需要科研工作者进一步解决的主要问题 包括以下三个方面： （1）提高光电转换效率 （2）降低电池成本 （3）无毒无污染工艺开发
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CIGS 薄膜太阳能电池产业发展
• 世界CIGS 薄膜太阳能电池产业发展经历了三个阶段。 • 第一阶段（2000-2003 年），德国的Wurth Solar和日本的Showa Shell、Honda Soltec 等企业首先实现了
玻璃基板衬底CIGS 薄膜太阳能电池的产业化，并且逐渐向大尺寸方向发展； • 第二阶段（2004-2007年），柔型衬底研发阶段， 以美国的Global Solar Energy、Miasole等企业为代表； • 第三阶段（2008 年-至今），基于金属/聚合物衬底的roll-to-roll 工艺研究，以美国Nano solar、ISET 公
在薄膜太阳能电池中，铜铟镓硒作为吸收层的薄膜太阳电池有近似最佳的光学能隙，此外成本低、性能
稳定、轻柔便携、弱光效应好、适用性强，可设计成任意尺寸和功率，适用于消费品市场、小型户
dian'ch用屋顶组件、大型商用屋顶轻质组件、太阳能电站组件等领域。
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10
CIGS电池的发展历程
PPT学习交流
司和中国台湾工业技术研究院为代表
• 在国内，汉能集团薄膜太阳能产能已达到3GW，超过美国第一太阳能，成为世界上规模最大的薄膜太 阳能企业。且收购了Solibro等国外薄膜太阳能公司。
• 在自主创新方面，虽然CIGS的实验室转换效率已超过20%，但很大规模的商业量产和明显的技术优势 尚未出现，使国内企业通过走自主创新路线掌握核心技术的构想成为可能。
可使CIGS的禁带宽 度在1.04-1.67 eV 内调整，以得到所 要的吸收层材料
3
转换效率高 德国Manz集团与ZSW
合作制造的实验室 转换效率21.7%的电 池 最近日本企业制备 了转换效率为22.3% 的电池
4
稳定性好，使用寿命 长
日本Showa Shell公 司对11kw的CIGS电池 方阵进行了户外测试， 测试时间共持续3年
于CIGS薄膜禁带宽度的光子注入到其中时，将被吸收并激发出空穴-电子对。电子被分离至n型区，空 穴被分离至P型区，形成光电流。
CIGSe薄膜太阳能电池的主要工作原理 (a) p-n结的形成示意图；(b) p-n结的能带示意图
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