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本文主要阐述铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池的研究进展,概述了CIGS薄膜太阳能电池的薄膜构成及特性。在阅读了多篇文献后,综合文献的结果,介绍了CIGS薄膜吸收层的制备技术,如多元共蒸发法、溅射后硒化法及缓冲层的制备技术;最后对CIGS电池的发展总结和展望。 1、CIGS薄膜太阳电池的结构及性能特点 CIGS是一种半导体材料,是在通常所称的铜铟硒(CIS)材料中添加一定量的ⅢA族Ga元素替代相应的In元素而形成的四元化合物。鉴于添加Ga元素后能适度调宽材料的带隙,使电池的开路电压得到提高,因此,近年来CIGS反而比CIS更受关注。为此,本文中描述的CIGS和CIS将具有同等意义。单晶硅、多晶硅以及非晶硅属于元素半导体材料,尤其单晶硅,在电子、信息科学领域占据着不可撼动的地位,作为硅太阳电池,只是它诸多的重要应用之一。与硅系太阳电池在材料性质上有所不同的是,CIGS属于化合物半导体范畴。固体物理学的单晶硅金刚石型晶体结构和CIGS黄铜矿型晶体结构如图1所示。
固体物理学的单晶硅金刚石型晶体结构和CIGS黄铜矿型晶体结构 太阳电池的基本原理是光生伏特效应:光照下,pn结处的内建电场使产生的非平衡载流子向空间电荷区两端漂移,产生光生电势,与外路连接便产生电流单结CIGS薄膜太阳电池的基本结构由衬底、背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、减反层、电极层组成。[叶飞禹争光CIGS薄膜太阳能电池研究进展四川东汽表面工程研究所]典型的CIGS薄膜太阳电池的结构为:Glass/Mo/CIGS/ZnS/i-ZnO/ZAO/MgF2,如图2所示。
CIGS是一种直接带隙材料,对可见光的吸收系数高达105(cm-1),优于其他电池材料。对比图3中的各种薄膜电池材料吸收系数的曲线,可知CIGS材料的吸收系数最高。CIGS薄膜电池的吸收层仅需1~2mm厚,就可将阳光全部吸收利用。因此,CIGS最适合做薄膜太阳电池,其电池厚度薄且材料用量少,大大降低了对原材料的消耗,减轻了In等稀有元素的资源压力。除了材料上的有点之外,CIGS薄膜太阳能电池还具有抗辐射能力强、发电稳定性好、弱光发电性好、并且转换效率是薄膜太阳能电池之首,目前室内转换效率可达20%。CIGS材料的光吸收系数最高,吸收层可做得很薄。实际上CIGS薄膜电池各层叠加起的总厚度<4mm,具有充分的柔软性。沉积在金属箔或高分子塑料薄膜上,就成为可折叠、弯曲的柔性电池。
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