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1、铜铟镓硒铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理转换效率:太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理CIGS薄膜太阳能电池的优点薄膜太阳能电池的优点l材料吸收率高,吸收系数高达105量级,直接带隙,适合薄膜化,电池厚度可做到23微米,降低昂贵的材料成本l光学带隙可调.调制Ga/In比,可使带隙在间变化,可使吸收层带隙与太阳光谱获得最佳匹配l抗辐射能力强.通过电子与质子辐照、温度交变、振动、加速度冲击等试验,光电转换效率几乎不变.在空间电源方面有很强的竞争力l稳定性好,不存在很多电池都有的光致衰退效应l电池效率
2、高.小面积可达19.9%,大面积组件可达14.2%l弱光特性好.对光照不理想的地区犹显其优异性能.CIGS的晶体结构的晶体结构CuInSe2黄铜矿晶格结构lCuInSe2复式晶格l直接带隙半导体，其光吸收系数高达105/cm量级l通过掺入适量的Ga以替代部分In，形成CulnSe2和CuGaSe2的固熔晶体lGa的掺入会改变晶体的晶格常数，改变了原子之间的作用力,最终实现了材料禁带宽度的改变，在一范围内可以根据设计调整，以达到最高的转化效率CIGS的材料特性的材料特性lGa/(Ga+In)比的调整可使CIGS材料的带隙范围覆盖一，CIGS其带隙值随Ga含量x变化满足下列公式：CuIn1-xGa
3、xSe2能隙：Eg=1.02+0.67x-0.14x(1-x)eVl试验中选择的x既要考虑增加禁带宽度使其更适合于的太阳光谱，也要考虑收集效率以及光谱响应范围。转换率较高的x范围是l随着CuIn比例的增大，薄膜的方块电阻减小高效率高效率CIGS吸收层特征吸收层特征高吸收率的高吸收率的Ga分布分布CIGS薄膜太阳能电池的结构薄膜太阳能电池的结构金属栅电极减反射膜(MgF2)窗口层ZnO过渡层CdS光吸收层CIGS金属背电极Mo玻璃衬底低阻AZO高阻ZnO金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)
4、金属栅电极过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极光吸收层CIGS过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极光吸收层CIGS光吸收层CIGS过渡层CdS光吸收层CIGS过渡层CdS光吸收层CIGS窗口层ZnO过渡层CdS光吸收层CIGS金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极减反射膜(MgF2)
5、金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极光吸收层CIGS过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极光吸收层CIGS过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极金属背电极Mo光吸收层CIGS过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极光吸收层CIGS过渡层C
6、dS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极金属背电极Mo光吸收层CIGS过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极金属背电极Mo光吸收层CIGS过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极玻璃衬底金属背电极Mo光吸收层CIGS过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极CIGS薄膜太阳能电池的结构薄膜太阳能电池的结构CIGS薄膜太阳能电池异质结能带图 因为存在内建电场，使得电子在空间电荷区中各点有附加电势能，从而使结区的能带发生弯曲。由于组成异质结的这三种半导体材料的介电常数不同，内建电场在不同半导体材料的交界面是不连续的，因此导带和价带在界面处也不连续CI
7、GS薄膜太阳能电池异质结能带图 在坡型带隙结构中，梯度带隙层内存在内电场的作用，使表面附近被激发的少数载流子向结方向漂移，缓和了表面复合的影响。结构原理结构原理减反射膜（热蒸发法）作用：增加入射率铝电极（电子束蒸发）结构原理结构原理ZAO（直流溅射）要求：低阻，高透，欧姆接触结构原理结构原理i-ZnO（直流溅射）要求：高阻，与CdS构成n区结构原理结构原理CdS（水浴法）作用：降低带隙的不连续性，缓冲晶格不匹配 问题。与CIGS晶格匹配性好，随CIGS内 Ga增加，匹配性变差替代物：ZnS/ZnSe/In2S3结构原理结构原理CIGS(共蒸发法、后硒化法，共建设法）作用：吸收区，弱p型，其空间
8、电荷区为主要工作区CIGS薄膜技术：单一相，结晶品质好吸收层与金属有良好的欧姆接触，易制造CIGS足够的厚度，且厚度小于载子扩散长度CIGS为多晶结构，故要求缺陷少，降低复合速度CIGS表面平整性好，促进良好接面状态结构原理结构原理Mo（直流溅射双层膜）要求：1.与CIGS形成良好欧姆接触2.与CIGS的晶格失配较小且 膨胀系数与CIGS比较接近3.较好的反光性能4.电阻率小且与玻璃基板的附着性好孔洞:该缺陷的形成可能与挥发相Il2se的形成有关，加快元素se在预制膜中的扩散可以避免该相形成细小晶粒层:该细小晶粒层的出现与Ga元素的富集有关结构原理结构原理玻璃基板要求：玻璃热涨系数与CIGS匹配展望展望将来改善电池的性能主要解决以下几个问题：l降低表面复合l提高异质结质量l提高量子效率l改善薄膜的结晶质量