铜铟硒(CIS)薄膜电池基本信息

铜铟硒太阳能薄膜电池（简称铜铟硒电池）是在玻璃或其它廉价衬底上沉积若干层金属化合物半导体薄膜，薄膜总厚度大约为2－3微米，利用太阳光发电。铜铟硒电池具有成本低、性 能稳定、抗辐射能力强等特性，光电转换效率是各种薄膜太阳电池之首，正是由于其优异的性能被国际上称为下一时代的廉价太阳能电池，吸引了众多机构及专家进行研究开发。但因为铜铟硒电池是多元化合物半导体器件，具有复杂的多层结构和敏感的元素配比，要求其工艺和制备条件极为苛刻，只有美国、日本、德国完成了中试线的开发，但尚未实现规模化生产。

CIS 太阳电池有转换效率高、制造成本低、电池性能稳定三大突出的特点。

转换效率高

CIS薄膜的禁带宽度为1.04eV，通过掺入适量的Ga以替代部分In，成为Cu In1= xGaxSe2 (简称CIGS) 混溶晶体，薄膜的禁带宽度可在1.04～1.7 eV 范围内调整，这就为太阳电池最佳带隙的优化提供了新的途径。所以, C IS (C IGS)是高效薄膜太阳电池的最有前途的光伏材料。美国NREL 使用三步沉积法制作的C IGS 太阳能电池的最高转换效率为19.5%，是薄膜太阳电池的世界纪录。

制造成本低

吸收层薄膜CuInSe2是一种直接带隙材料，光吸收率高达105量级，最适于太阳电池薄膜化，电池厚度可以做到2～3Lm，降低了昂贵的材料消耗。C IS 电池年产1. 5MW，其成本是晶体硅太阳电池的1/ 2～1/3，能量偿还时间在一年之内，远远低于晶体硅太阳电池。

电池性能稳定

美国波音航空公司曾经制备91cm2的C IS 组件，转换效率为6.5%。100MW/cm2光照7900 h 后发现电池效率没有任何衰减，西门子公司制备的CIS电池组件在美国国家可再生能源实验室(NREL ) 室外测试设备上，经受7年的考验仍然显示着原有的性能。

为降低大面积C IS太阳电池的制作成本、，各国学者提出了不同的制作方法，除了吸收层C IS 以外，其他各层通常采用真空蒸发或溅射成膜。过渡层CdS 的制备使用化学成膜法可以保证膜的致密、均匀，易于控制，现今多采用水浴法。吸收层CIS(CIGS) 是多元化合物，原子的晶格配比及结晶状况对其性能起着决定性的作用。制备CIS和CIGS吸收层有许多种方法：真空蒸发、磁控溅射、电沉积法、电子束蒸发、电镀等等。先简单介绍几种制备方法。

1、蒸发法制备法：作为实验室里制备面积很小的CIGS电池样品时，蒸发法制备的电池效率比较高，包括最高转化率的电池的CIGS层均是蒸发法制备的。采用多元共蒸发法成膜工艺，虽然可制备出高水平CIGS的电池，但元素的化学配比很难靠蒸发来精确控制，因而电池的良品率不高，产业化的实现比较困难，另外蒸发法其原料的利用率低，对于贵金属来说浪费大，不利于降低成本。这两种方法在日本、美国、德国无论在实验室和生产线上都有采用。

2、电沉积技术制备法：电沉积技术分为两大类：一步法、分步法。一步法制备CIS 薄膜涉及各元素(Cu、In、Se) 的分别沉积, 其中铜和硒的电极电位远比铟的高。这样在沉积过程中，铟元素较难还原。通常通过调节溶液pH值、电镀液中各元素的浓度, 使三种元素的电极电位尽可能相近，以保证三元素以接近CIS分子式的化学计量比析出。最初电化学沉积CIS薄膜采用恒电流法，后绝大多数是控制恒电位。

3、电镀法制备法：电镀法制备CIGS层，要制备具有理想定比、致密和表面均匀的薄层非常困难。要获得生产要求大面积均匀则更难。

4、硒化法是制备CIS (CIGS)薄膜的主流工艺，它是通过将Cu、In、Ga 合金预制膜硒化来制得C IGS 薄膜，硒化法中，Cu 和In 的厚度按配比严格控制，成膜方法有溅射、蒸发和电沉积等等。硒化法主要有分步蒸发硒化法，后硒化法等。分步硒化法是指将Cu Se和In Se分别共蒸后再硒化。当前，国际上比较流行”三步蒸发硒化法”制备CIGS 薄膜材料。近年来以固态硒作源的硒化(固态源后Se 化工艺) 被广泛采用，其原料为Se H2固气混合体，可以将固态Se 蒸发为饱和蒸汽，通过控制衬底温度和蒸汽压强，来实现硒化工艺，由此降低成本，而且无毒，工艺的重复性也有很大的提高。

5、溅射法不但可以可靠的调节各元素配比，并且制备出来的膜均匀性好，因为溅射粒子的能量比蒸发法要大的多，所以膜与基片的附着力增加，使膜致密结实，同时还可以控制溅射速率和时间的控制，有利于提高重复性。磁控溅射一般溅射CuIn和CuGa沉积CuInGa合金预制层，然后硒化。

1概论

1．1铟的发展简史

1．2铟的性质

1．2．1铟的物理性质

1．2．2铟的化学性质

1．2．3铟的核性质

1．2．4铟的毒性

1．3铟的重要化合物、合金及其性质

1．3．1铟的氧化物和氢氧化物

1．3．2铟的硫化物和硫酸盐

1．3．3铟的卤化物

1．3．4铟的磷化物、砷化物、锑化物及磷酸盐、砷酸盐

1．3．5铟的氮化物和硝酸盐

1．3．6铟的硒化物和碲化物

1．3．7铟的氢化物

1．3．8铟的有机酸盐及其衍生物

1．3．9铟的有机化合物

1．3．10铟合金

1．4铟的提取方法

1．4．1铟提取的原则流程

1．4．2从几种代表性原料中提取铟的方法

2铟产品及其用途和市场

2．1铟产品标准

2．2铟及其化合物的主要用途

2．2．1铟锡氧化物(ITO)的用途

2．2．2半导体铟化合物的用途

2．2．3焊接剂方面的应用

2．2．4涂层上的应用

2．2．5用于低熔点合金

2．2．6其他铟合金

2．2．7硒铟铜(CuInSe2)

2．2．8原子能工业方面的应用

2．2．9化工工业上的应用

2．2．10电视机方面的其他应用

2．2．11光纤通讯方面的应用

2．2．12电池防腐方面的应用

2．2．13现代军事技术中的应用

2．3铟的生产及供应

2．4铟的消费与需求

2．5铟及其化合物的消费结构

2．6铟的价格

2．7铟的关税

2．8展望

3铟资源

3．1铟的地质资源

3．1．1铟的地球化学性质

3．1．2铟矿物种类

3．1．3含铟的矿物

3．1．4铟矿床

3．1．5铟储量

3．2铟矿物的选矿富集

3．2．1多金属矿选矿过程中铟的走向

3．2．2铟在选矿中的行为

3．2．3含铟锌精矿成分

4提铟原料及其来源

4．1概述

4．2火法炼锌过程中铟的走向与富集

4．2．1竖罐炼锌过程中铟的走向与富集

4．2．2鼓风炉炼锌过程中铟的走向与富集

4．3湿法炼锌过程中铟的走向与富集

4．3．1中性浸出过程中铟的走向与富集

4．3．2热酸浸出一黄钾铁矾法除铁过程中铟的走向与富集

4．3．3热酸浸出一针铁矿法除铁过程中铟的走向与富集

4．3．4赤铁矿法过程中铟的走向与富集

4．4炼铅、锑过程中铟的走向与富集

4．4．1硫化铅精矿冶炼过程中铟的走向与富集

4．4．2氧化铅矿冶炼过程中铟的走向与富集

4．4．3铅锑精矿冶炼过程中铟的走向与富集

4．5炼锡过程中铟的走向与富集

4．6炼铜过程中铟的走向与富集

4．7高炉炼铁过程中铟的走向与富集

4．8铟的二次资源

5铟提取冶金的单元过程

5．1概述

5．2还原挥发及焙烧

5．2．1还原挥发(烟化)法

5．2．2硫酸化焙烧

5．2．3氯化焙烧(挥发)

5．2．4真空蒸馏

5．3浸出

5．3．1浸出反应机理

5．3．2浸出剂

5．3．3铟物料的硫酸浸出

5．3．4浸出设备

5．3．5液固分离设备

5．4含铟溶液的沉淀与金属还原过程

5．4．1概述

5．4．2水解沉淀法

5．4．3硫化沉淀法

5．4．4弱酸盐沉淀法

5．5溶液金属还原

5．5．1置换沉积法

5．5．2变价化合物还原法

5．6汞齐法

5．7溶剂萃取

5．7．1概述

5．7．2萃取过程中的化学原理

5．7．3萃取剂、稀释剂和添加剂

5．7．4萃取体系

5．7．5影响萃取平衡的因素

5．7．6萃取方式与计算

5．7．7萃取设备

5．7．8萃取过程中的乳化及泡沫问题

5．7．9铟的萃取

5．8离子交换

5．8．1概述

5．8．2离子交换剂

5．8．3离子交换基本原理

5．8．4离子交换工艺和设备

5．8．5离子交换法应用于铟回收的工业实践

5．9海绵铟的熔炼过程

5．10铟的精炼

5．10．1概述

5．10．2粗铟预先除铊、镉

5．10．3粗铟电解精炼的理论基础

5．10．4铟电解精炼的技术条件

5．10．5铟电解精炼的生产实践

5．10．6铟电解精炼的技术动向

5．10．7其他铟精炼方法

5．1l铟提取技术的发展动向

5．11．1氧压酸浸

5．11．2液膜萃取

5．11．3CL．P204萃淋树脂吸萃法的研究

5．11．4活性炭与腐殖酸吸附铟的研究

5．11．5无铁渣湿法炼锌提铟新工艺

6铟的提取工艺及实践

6．1概述

6．2由火法炼锌副产品提取铟

6．2．1由竖罐炼锌副产品焦结烟尘提取铟

6．2．2由火法精馏锌副产品粗铅提取铟

6．2．3由火法精馏锌副产品硬锌提取铟

6．3由湿法炼锌的含铟渣提取铟

6．3．1由常规法湿法炼锌浸出渣提取锌

6．3．2由高酸浸出的铁矾渣提取铟

6．3．3由高酸浸出的针铁矿渣提取铟

6．3．4由湿法炼锌的赤铁矿渣提取铟

6．4由硫化铅炼铅过程提取铟

6．4．1粗铅浮渣反射炉熔炼、烟尘酸浸一萃取回收铟

6．4．2粗铅碱性精炼渣回收铟

6．4．3粗铅浮渣还原合金的氯化法提铟

6．4．4粗铅浮渣还原合金的电解法提铟

6．5由氧化铅矿炼铅过程提取铟

6．6由炼锡过程提取铟

6．6．1从焊锡氟硅酸电解液提铟

6．6．2从锡冶炼二次尘和烟化炉尘提铟

6．6．3从金属锡中提铟

6．6．4粗锡真空蒸馏炉冷凝物提铟

6．7从铅锑精矿提铟

6．7．1从铅锑精矿的鼓风炉烟尘提铟

6．7．2从复杂锑铅精矿直接提铟

6．8从炼铜过程提铟

6．8．1铜陵有色金属公司的铜烟尘提铟

6．8．2加拿大鹰桥公司的铜烟尘提铟工艺

6．9高炉炼铁烟尘提铟

6．10由再生资源回收铟

6．10．1由ITO废靶材合金回收铟

6．10．2由含铟废合金料回收铟

6．10．3由含铟废液回收铟

7铟冶金过程的综合回收

7．1还原挥发窑窑渣的综合回收

7．1．1窑渣回收炭

7．1．2窑渣回收铁

7．1．3窑渣回收镓

7．2挥发尘浸出渣的综合回收

7．2．1浸出渣回收铅和银

7．2．2浸出渣回收铅、铋

7．2．3浸出渣用选矿法回收铅和锌

7．3萃铟余液的综合回收

7．3．1萃铟余液回收锌、镉

7．3．2萃铟余液回收锗

7．3．3萃铟余液回收镓

7．3．4萃铟余液回收萃取剂

7．4铟置换后液的综合回收

7．4．1铝板置换铟后液回收铝和锌

7．4．2锌板置换铟后液回收氯化锌

8铟的深加工和主要铟制品

8．1高纯铟和超纯铟

8．1．1产品规格

8．1．2主要用途

8．1．3制取方法

8．2细铟粉

8．2．1产品规格

8．2．2主要用途

8．2．3制备方法

8．3三氧化二铟

8．3．1产品规格

8．3．2主要用途

8．3．3制备方法

8．4氢氧化铟粉

8．4．1产品规格

8．4．2主要用途

8．4．3制备方法

8．5高纯硫酸铟

8．5．1产品规格

8．5．2主要用途

8．5．3制备方法

8．6半导体铟化合物

8．6．1锑化铟单晶

8．6．2砷化铟单晶

8．6．3磷化铟单晶

8．6．4以InBv为主的固溶体

8．6．5AIInB2V1型的半导体化合物

8．7ITO(铟锡氧化物)

8．7．1ITO粉

8．7．2纳米ITO粉

8．7．3ITO靶材(铟靶)

8．7．4ITO薄膜

8．8三甲基铟(TMIn)

8．8．1产品规格

8．8．2主要用途

8．8．3制备方法

8．9铟合金

8．9．1铟的二元及多元合金

8．9．2铟的焊料合金

8．9．3铟合金制备

9铟冶炼生产的环境保护与安全生产

9．1概述

9．2主要环境标准

9．2．1大气环境质量标准

9．2．2水质标准

9．2．3废渣控制标准

9．3“三废”的治理

9．3．1冶炼烟气的治理

9．3．2含重金属污水的治理

9．4铟冶炼厂的职业卫生与安全防护

9．4．1铟冶炼厂火法车间尘毒危害和劳动保护

9．4．2铟生产湿法车间的职业中毒与安全生产

附录

部分二元及三元铟合金相图摘编

参考文献2100433B