文档介绍：CIGS薄膜电池开发和材料特性
李建军
1120110091
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主要内容
CIGS电池特点
发展历史
电池理制备及其性能
研究进展
存在的问题
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CIGS电池特点
CuCIGS薄膜电池开发和材料特性
李建军
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主要内容
CIGS电池特点
发展历史
电池理制备及其性能
研究进展
存在的问题
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CIGS电池特点
Cu(In, Ga)Se2(CIGS)是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体材料，具有黄铜矿晶体结构
（1）光电转换效率高
%，是各类薄膜太阳电池的最高记录
（2）电池稳定性好，性能基本无衰降。
（3）抗辐照能力强，用作空间电源有很强的竞争力
（4）弱光特性好
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CIGS电池特点
（5）通过适量的Ga 取代In，形成CIGS 四 元多晶固溶体，～ eV 范围内连续可调
（6）CIGS 是直接禁带材料，其可见光吸 收系数高达105 cm－1 数量级，非常适合太阳电池的薄膜化。
（7）技术成熟后，电池制造成本和能量偿还时间均低于晶体硅太阳电池。
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发展历史
first CuInSe2 1970s Bell Laboratories
first thin-film CuInSe2 /CdS Kazmerski etc.
first high-efficiency % Boeing
manufacturing issues 1980s
Boeing (coevaporation), ARCO Solar (two-stage process followed by anneal)
NERL %（coevaporation） 2010
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电池结构和性能
p 型CIGS 和n 型CdS 及高阻n 型ZnO形成p-n 异质结是CIGS 薄膜太阳电池的核心层
各层制备工艺
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组件结构
CIGS 光伏组件是由许多宽约5～7 mm 的条状电池串接而成。三次切割划线完成了各子电池的界定、分割和互联。此三条切割线及其之间的间距均对光电转换效率没有贡献，称之为死区。因此这些线宽和间距应尽量小
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吸收层制备方法
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性能参数比较
CIS 与其它太阳电池材料吸收系数的比较
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缺陷种类及能级位置
主要的几种缺陷Vcu、Incu、Vse、CuIn
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光电流损失
下实线为偏压0 V，上实线为偏压－1 V图5 CIGS 薄膜电池的量子效曲线
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辐照强度对光电转换率的影响
辐照强度下降，导致串联电阻和并联电阻上升，使得填充因子下降
短路电流线性下降
使得开路电压下降
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铜含量对电池参数的影响
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温度对电池性能的影响
1载流子
浓度--电阻率
2禁带宽度
3缺陷态处于
不同的激发态
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抗辐射性
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CIGS电池的稳定性
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研究进展和方向
1干法缓冲层
2无镉工艺
3少In、少Ga工艺
4非真空低成本工艺
5叠层四端工艺
6柔性电池
7进一步提高小面积电池的转换效率
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干法缓冲层
CBD法的缺陷
MOCVD、ALCVD等软沉积方法
CdZnS、ZnSe（） 和ZnIn2Se4()、In2S3()、In(OH)xSy
溅射法(化学预处理)
(Zn,Mg)O
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无Cd工艺
缓冲层材料要求：
1高阻n 型或者本征的，以防止pn 结短路。
2和吸收层间要有良好的晶格匹配，以减少界面缺陷，降低界面复合
3需要较高的带隙，使缓冲层吸收最少的光
4对于大规模生产来讲，缓冲层和吸收层之间的工艺匹配也是非常重要的
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无Cd缓冲层
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少In少Ga工艺
锌黄锡矿(Kesterite)结构的Cu2ZnSn(S,Se)4 晶体，通过Zn 和Sn 各替代一半黄铜矿结构中的In，%
Cu(In1-xAlx)Se2 材料的制备方法包括蒸发法和后硒化法。蒸发法即采用与CIGS 类似的蒸发工艺，共蒸发Cu、In、Al 和Se 四种元素形成薄膜。后硒化法即溅射沉积Cu-In-Al 预制层，然后在Se 气氛下退火。
IEC 制备了