CIGS薄膜太阳能电池CIGS吸收层制备工艺

CIGS 薄膜太阳能电池的主要制作工艺有：反应溅射、混和溅射、共蒸发、溅射硒化、全溅射、电沉积、丝网印刷等。

CIGS组成可表示成Cu(In（1－x） ,Ga （x）)Se2的形式，具有黄铜矿结构，是CulnSer和CuGaSer的混晶半导体。CIGS是由IV族化合物衍生而来，其中I族化合物由I族(Cu)与m族(In)取代而形成三元化合物,Cu、In原子规则地填人原来卫族原子位置。这种电池的优势体现在以下几个方面。 (1) CIS是一种直接带隙的半导体材料,其能隙为1.04 eV(77 K), 对温度的变化不敏感。光吸收系数高达105 cm-1 ,是已知的半导体材料中光吸收系数最高的,对于太阳能电池基区光子的吸收、少数载流子的收集(即对光电流的收集)是非常有利的条件。这就是CdS/CuInSez太阳能电池(39 mA/cm2)具有这样高的短路电流密度的原因。电池吸收层的厚度可以降低到2~3μm,这样可以大大降低原材料的消耗。

(2)掺人适量Ga取代In制成CIGS四元固溶半导体,可以通过调整Ga的含量使半导体的禁带宽度在1.04~1.70eV变化,非常适合于调整和优化禁带宽度。如在膜厚方面调整Ga的含量,形成梯度带隙半导体,会产生背表面场效应，可获得更多的电流输出。据日本科学家小长井诚的预测,这种电池的光电转换效率将超过50%。能进行这种带隙裁剪是CIGS系电池相对于Si系和CdTe系电池的最大的优势。(3)转换效率高。1996 年，美国NERL制出了转换效率达17.7%的光电转化效率达到了国可再生能源实验室,用三步共蒸法制备的CIGS薄膜太阳能电池，18%的CIGS电池。德国在19.9%。日本的青山学院大学、松下电器也制成了转换效率超过18%CIGS电池。德国在CIGS的研究方面也几乎处于同一水平。而且在德国和日本已经进行了一定规模的民用的产业化生产。电池模块的转换效率达13%~14%。这比除了单晶硅以外的其他太阳能电池模块的转换效率都高

(4) CIGS的Na效应。对于Si系半导体,Na等碱金属元素是避之唯恐不及的半导体杀手，而在CIGS系中，微量的Na掺杂可以优化CIGS电池的电学性能,尤其能提高P型CIGS的传导率,也会提高转换效率和成品率,因此使用钠钙玻璃作为CIGS的基板,除了成本低、膨胀系数相近以外,还有Na掺杂的考虑。

(5) CIGS可以在玻璃基板上形成缺陷很少的、晶粒巨大的高品质结晶。而这种晶粒尺寸是其他的多晶薄膜无法达到的。

(6)电池的稳定性好。CIS 具有非常优良的抗干扰、抗辐射能力，没有光致衰退效应(SWE),该类太阳能电池的工作寿命长。有实验结果说明比寿命长的单晶硅电池的寿命(一般为40年)还长。 (7)制造成本较低。价格低廉，电池制造成本和能量偿还时间(电池发电量等于制造该电池的能耗所需时间)均低于晶体硅太阳能电池。

CIGS薄膜太阳能电池CIGS材料的电化学性质

材料的电化学性质（电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率）主要取决于材料的元素组分比，以及偏离化学计量比而引起的固有缺陷（如空位、填陷原子、替位原子），此外还和非本征掺杂和晶界有关。

CIGS薄膜太阳能电池CIGS的研制

CIGS薄膜的禁带宽度为1.04ev，当掺入适当的Ga以替代部分In成为CuInSe2和CuGaSe2的固溶晶体简称CIGS，薄膜的禁带宽度可在1.04-1.7范围内调整。而理想多晶体薄膜太阳能的吸收层理想的禁带宽度为1.5，可见调整Ga和In的比例，我们可以获得理想禁带宽的吸收层。

CIGS薄膜太阳能电池的底电极Mo和上电极n - ZnO- -般采用磁控溅射的方法，工艺路线比较成熟。最关键的吸收层的制备有许多不同的方法，包括:蒸发法、溅射后硒化法、电化学沉积法、喷涂热解法和丝网印刷法等。研究最广泛、制备出电池效率比较高的是共蒸发和溅射后硒化法,被产业界广泛采用。后几种属于非真空方法，实际利用还有很多技术问题要克服。

非晶硅薄膜太阳能电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池。

按照材料的不同，当前硅太阳能电池可分为三类：单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。