前言

近年來，光伏工業呈現加速發展的趨勢，發展的特點是：產量增加，轉化效 率提高，成本降低，應用領域不斷擴大。與十年前相比，太陽能電池價格大幅度降低。 可以預料，隨著技術的進步和市場的拓展，光電池成本及售價將會大幅下降。2010 年 以后，由于太陽能電池成本的下降，可望使光伏技術進入大規模發展時期。隨著技術的進步，薄膜太陽能電池的發展將日新月異，在未來光伏市場的市場份額將逐步提高。作為性能最好的薄膜太陽能電池，CIGS 薄膜太陽能電池也將迎來快速發展時期。

1、 CIGS 電池的結構

銅錮稼硒（CIGS）薄膜太陽能電池， 具有層狀結構， 吸收材料屬于 I -III-VI 族化合物。襯底一般 采用玻璃，也可以采用柔性薄膜襯 底。一般采用真空濺射、蒸發或者 其它非真空的方法，分別沉積多層 薄膜， 形成 P-N 結構而構成光電轉 換器件。從光入射層開始，各層分 別為：金屬柵狀電極、減反射膜、窗 口層（Zn0 ）、過渡層（CdS）、光吸收 層（CIGS）、金屬背電極（Mo ）、玻璃 襯底。經過近 30 年的研究，CIGS 太陽電池發展了很多不同結構。最主要差別在于窗口材料的不同選擇。最早是用 n 型半導體 CdS 作窗口層，其禁帶寬度 為 2. 42eV，一般通過摻入少量的 ZnS，成為 CdZnS 材料，主要目的是增加帶隙。但是， 鍋是重金屬元素，對環境有害，而且材料本身帶隙偏窄。近年來的研究發現，窗口層改 用 Zn0 效果更好， 帶寬可達到 3. 3eV ， CdS 的厚度降到只有約 50nm， Zn0 只作為過渡層。 為了增加光的入射率，最后在電池表面蒸發一層減反膜（一般采用 MgFz ），電池的效率 會得到 1-2%的提高。 現在研究表明，襯底一般采用堿性鈉鈣玻璃（堿石灰玻璃），主要是這種玻璃含有金 屬鈉離子。Na 通過擴散可以進入電池的吸收層，這有助于薄膜晶粒的生長。

? ? ? ?Mo 作為電池的底電極要求具有比較好的結晶度和低的表面電阻， 制備過程中要考慮的另外一個主要方面是電池的層間附著力，一般要求 Mo 層具有魚鱗狀結構，以增加上下層之 間的接觸面積;CIS/CIGS 層作為光吸收層是電池的最關鍵部分，要求制備出的半導體薄 膜是 p 型的，且具有很好的黃銅礦結構，晶粒大、缺陷少是制備高效率電池的關鍵;CdS 作為緩沖層， 不但能降低 i-Zn0 與 P-CIS 之間帶隙的不連續性， 而且可以解決 CIS 和 Zn0 晶格不匹配問題;n-Zn0（AZO）作為電池的上電極，要求具有低的表面電阻，好的可見光 透過率，與 Al 電極構成歐姆接觸;防反射層 MgFz 可以降低光在接收面的反射，提高電池的效率。i-Zn0 和 CdS 層作為電池的 n 型層，同 P 型 CIGS 半導體薄膜構成 p-n 結。 吸收層 CIGS（化學式 Cu 工 nGaSe2）是薄膜電池的核心材料，屬于正方晶系黃銅礦。 具有復式晶格 ，晶格常數 a=0.577nm， 作為直接帶隙半導 c=1.154nm。 體，其光吸收系數高達 105 量 級（幾種薄膜太陽能材料中較 高的）。禁帶寬度在室溫時是 1. 04eV，電子遷移率和空穴遷移 率分別為 3.2×102（cm2/V·S） 和 1×10 （cm2/V·S）。現在真 空工藝制備的收層薄膜，一般 是多晶結構，其遷移率相對較 小，大約是 0. 1 ~20 （cm2 / V·S ）。空穴濃度在 1014cm-3 和 4×1020cm-3 之間， 電子濃度 在 5×1015cm-3 到 7×1020Cm13 范圍。通過摻入適量的稼以替代部分 In，形成 CuInSe2 和 CuInGa2 的固熔晶體，表示為 Cu（In1-xGax）Se2 （簡稱 CIGS）}嫁的摻入會改變晶體的晶 格常數，改變了原子之間的作用力。最終實現了材料禁帶寬度的改變，在 1. 04～1. 7eV 范圍內可以根據設計調整，以達到最高的轉化效率。