铜铟镓硒太阳能电池
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下一代的廉价太阳电池
我们先来看另外一种物质，CuInSe2具有较大的化学组 成区间,这意味着即使偏离定比组成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-
优点 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
晶硅太阳能电池比所需的维护费用低。
3 转换效率高
根据美国国家再生能源实验室(National Renewable Energy Labs;NREL)所公布，目前 太阳能电池转换效率最高可达20.2%，而业界
最高纪录可达17%，普遍标准为12%。
4 成产成本低
CIGS太阳能电池主要成本为玻璃基板与Cu （铜）、In（铟）、Ga（镓）、Se（硒）四种 元素构成的原材料，其中玻璃只需采用一般建 材所使用的钠玻璃，不需要使用太阳能专用超 白玻璃或者薄膜导电玻璃。四种金属元素不是 贵重金属，而且每片电池板的CIGS吸收层所需 膜层厚度不超过3μm（微米），原材料需求量
内容大纲
• 铜铟镓硒太阳能电池板的制作方法 • 实验室制法简介及研究现状 • 工业制法简介及研究现状 • 发展铜铟镓硒太阳能电池遇到的阻碍 • CIGS电池结构改进的探索 • 我国CIGS太阳能电池的发展前景
铜铟镓硒太阳能电池板的制作方法
• 1 蒸镀法（多用于实验室制法） • 2 磁控溅射法（多用于工业制法） • 3 分子束外延法 • 4 喷涂热解法 • 5 电沉积方法
量
2 发电稳定性高
由于晶硅电池本质上有光致衰减的特性，经过 阳光的长时间暴晒，其发电效能会逐渐减退， 而CIGS太阳能电池则没有光致衰减特性，发 电稳定性高。晶硅太阳能电池经过较长一段时 间发电后，或多或少存在热斑现象，导致发电 量小，增加维护费用，而CIGS太阳能电池能 采用内部连接结构、可避免此现象的发生，较
太阳能无疑是最佳选择。
缺点
1.制程复杂，投资成本高 2.关键原料的供应不足
3.缓冲层CdS具有潜在的毒性。
电池结构
结构：由上到下 依次为顶电极： 具有透明导电性 的铝掺杂氧化锌， 缓冲层：本征氧 化锌及硫化镉， 吸收层：铜铟镓 硒薄膜，背电极： 金属钼，衬底：
玻璃。
工作原理 图
工作原理
• 原理：阳光照在电池表面，穿过顶电极， 缓冲层，被铜铟镓硒吸收产生截流子，在 内建电场的作用下吸收层接近硫化镉区域， 不同电荷的载流子分离，负电荷走向顶电 极，正电荷走向背电极，由此，太阳能便 源源不断的转化为可供我们使用的电能， 之所以具有较高的效率是因为铜铟镓硒材 料对太阳光的吸收能力极强。
光辐射引致性能衰退效应,使用寿命长。
CIGS就是在CuInSe2基础上掺杂Ca元素使Ca元素 部分取代同族的In原子,通过调节Ca/(In+Ga)可以改 变CIGS的带隙，调节范围为1.04到1.72。其结构仍 然是黄铜矿结构和具有CuInSe2所具有的性能上的
优点
历史
最早对ＣＩGＳ的基础性研究是在六十年代到八十年代, １９７４年，Ｗａｇｎｅｒ等人制备出了第一块ＣＩ Ｓ高效电池， １９８１年。Ｒ．Ａ．Ｍｉｃｌｃｅｌ ｓｅｎ等科学家用多源共蒸发的方法制备出了效率 为 ９．４％的多晶ＣｕｌｎＳｅ２薄膜太阳电池，８０ 年代中期，ＡＲＣＯ太阳公司首次利用溅射金属预制 层硒化法制备 出了适合商业开发的太阳电池。
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。
2005-2010年薄膜太阳能电池
薄膜电池与传统硅晶电池的比较
不高，每片成本十分具有竞争力。
பைடு நூலகம் 能源回收周期短
太阳能电池是很好的可再生能源技术，可以解决我
们人类的能源需求问题又不不污染环境，但是生产太阳能 电池本身也需要消耗一定的能源。评估一个可再生能源装 置是否真正环保，除了转换效率，更重要的是使用该装置 所产生的再生能源，需要多长时间才能相当于当初生产时 所消耗的能源总量，即所谓能换回收周期。根据美国能源 总署（U.S.Department of Energy）研究，以30年寿命的 太阳能装置为例，晶硅太阳能电池的回收期间为2~4年， 而薄膜太阳能电池为1~2年。换而言之，每一个太阳能发 电系统，可享有26~29年真正无污染的期间，而采用CIGS
实验室制法简介
• 制法名称：共蒸发法 • 利用共蒸发法的原因：产生薄膜效率最高、设备要求最高 • 步骤：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InGa-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，衬底温度同第二 步
• 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
我们先来看另外一种物质，CuInSe2具有较大的化学组 成区间,这意味着即使偏离定比组成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-
优点 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
晶硅太阳能电池比所需的维护费用低。
3 转换效率高
根据美国国家再生能源实验室(National Renewable Energy Labs;NREL)所公布，目前 太阳能电池转换效率最高可达20.2%，而业界
最高纪录可达17%，普遍标准为12%。
4 成产成本低
CIGS太阳能电池主要成本为玻璃基板与Cu （铜）、In（铟）、Ga（镓）、Se（硒）四种 元素构成的原材料，其中玻璃只需采用一般建 材所使用的钠玻璃，不需要使用太阳能专用超 白玻璃或者薄膜导电玻璃。四种金属元素不是 贵重金属，而且每片电池板的CIGS吸收层所需 膜层厚度不超过3μm（微米），原材料需求量
内容大纲
• 铜铟镓硒太阳能电池板的制作方法 • 实验室制法简介及研究现状 • 工业制法简介及研究现状 • 发展铜铟镓硒太阳能电池遇到的阻碍 • CIGS电池结构改进的探索 • 我国CIGS太阳能电池的发展前景
铜铟镓硒太阳能电池板的制作方法
• 1 蒸镀法（多用于实验室制法） • 2 磁控溅射法（多用于工业制法） • 3 分子束外延法 • 4 喷涂热解法 • 5 电沉积方法
量
2 发电稳定性高
由于晶硅电池本质上有光致衰减的特性，经过 阳光的长时间暴晒，其发电效能会逐渐减退， 而CIGS太阳能电池则没有光致衰减特性，发 电稳定性高。晶硅太阳能电池经过较长一段时 间发电后，或多或少存在热斑现象，导致发电 量小，增加维护费用，而CIGS太阳能电池能 采用内部连接结构、可避免此现象的发生，较
太阳能无疑是最佳选择。
缺点
1.制程复杂，投资成本高 2.关键原料的供应不足
3.缓冲层CdS具有潜在的毒性。
电池结构
结构：由上到下 依次为顶电极： 具有透明导电性 的铝掺杂氧化锌， 缓冲层：本征氧 化锌及硫化镉， 吸收层：铜铟镓 硒薄膜，背电极： 金属钼，衬底：
玻璃。
工作原理 图
工作原理
• 原理：阳光照在电池表面，穿过顶电极， 缓冲层，被铜铟镓硒吸收产生截流子，在 内建电场的作用下吸收层接近硫化镉区域， 不同电荷的载流子分离，负电荷走向顶电 极，正电荷走向背电极，由此，太阳能便 源源不断的转化为可供我们使用的电能， 之所以具有较高的效率是因为铜铟镓硒材 料对太阳光的吸收能力极强。
光辐射引致性能衰退效应,使用寿命长。
CIGS就是在CuInSe2基础上掺杂Ca元素使Ca元素 部分取代同族的In原子,通过调节Ca/(In+Ga)可以改 变CIGS的带隙，调节范围为1.04到1.72。其结构仍 然是黄铜矿结构和具有CuInSe2所具有的性能上的
优点
历史
最早对ＣＩGＳ的基础性研究是在六十年代到八十年代, １９７４年，Ｗａｇｎｅｒ等人制备出了第一块ＣＩ Ｓ高效电池， １９８１年。Ｒ．Ａ．Ｍｉｃｌｃｅｌ ｓｅｎ等科学家用多源共蒸发的方法制备出了效率 为 ９．４％的多晶ＣｕｌｎＳｅ２薄膜太阳电池，８０ 年代中期，ＡＲＣＯ太阳公司首次利用溅射金属预制 层硒化法制备 出了适合商业开发的太阳电池。
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。
2005-2010年薄膜太阳能电池
薄膜电池与传统硅晶电池的比较
不高，每片成本十分具有竞争力。
பைடு நூலகம் 能源回收周期短
太阳能电池是很好的可再生能源技术，可以解决我
们人类的能源需求问题又不不污染环境，但是生产太阳能 电池本身也需要消耗一定的能源。评估一个可再生能源装 置是否真正环保，除了转换效率，更重要的是使用该装置 所产生的再生能源，需要多长时间才能相当于当初生产时 所消耗的能源总量，即所谓能换回收周期。根据美国能源 总署（U.S.Department of Energy）研究，以30年寿命的 太阳能装置为例，晶硅太阳能电池的回收期间为2~4年， 而薄膜太阳能电池为1~2年。换而言之，每一个太阳能发 电系统，可享有26~29年真正无污染的期间，而采用CIGS
实验室制法简介
• 制法名称：共蒸发法 • 利用共蒸发法的原因：产生薄膜效率最高、设备要求最高 • 步骤：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InGa-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，衬底温度同第二 步
• 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