前言

近年來，光伏工業(yè)呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢，發(fā)展的特點(diǎn)是：產(chǎn)量增加，轉(zhuǎn)化效率提高，成本降低，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。與十年前相比，太陽能電池價(jià)格大幅度降低?？梢灶A(yù)料，隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場的拓展，光電池成本及售價(jià)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(shù)進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展時期。隨著技術(shù)的進(jìn)步，薄膜太陽能電池的發(fā)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(fā)展時期。

1、CIGS電池的結(jié)構(gòu)

銅錮稼硒（CIGS）薄膜太陽能電池，具有層狀結(jié)構(gòu)，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(fā)或者其它非真空的方法，分別沉積多層薄膜，形成p-N結(jié)構(gòu)而構(gòu)成光電轉(zhuǎn)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(jīng)過近30年的研究，CIGS太陽電池發(fā)展了很多不同結(jié)構(gòu)。最主要差別在于窗口材料的不同選擇。最早是用n型半導(dǎo)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(huán)境有害，而且材料本身帶隙偏窄。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，窗口層改用Zn0效果更好，帶寬可達(dá)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(fā)一層減反膜（一般采用MgFz），電池的效率會得到1-2%的提高。現(xiàn)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(kuò)散可以進(jìn)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(jié)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(jié)構(gòu)，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(guān)鍵部分，要求制備出的半導(dǎo)體薄膜是p型的，且具有很好的黃銅礦結(jié)構(gòu)，晶粒大、缺陷少是制備高效率電池的關(guān)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(xù)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(gòu)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(dǎo)體薄膜構(gòu)成p-n結(jié)。吸收層CIGS（化學(xué)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(fù)式晶格，晶格常數(shù)a=0.577nm，作為直接帶隙半導(dǎo)c=1.154nm。體，其光吸收系數(shù)高達(dá)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&TImes;102（cm2/V·S）和1&TImes;10（cm2/V·S）?，F(xiàn)在真空工藝制備的收層薄膜，一般是多晶結(jié)構(gòu)，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&TImes;1020cm-3之間，電子濃度在5&TImes;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(shù)，改變了原子之間的作用力。最終實(shí)現(xiàn)了材料禁帶寬度的改變，在1.04～1.7eV范圍內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)整，以達(dá)到最高的轉(zhuǎn)化效率。

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