1、.,1,歷史,CIS由Hahn于1953年發(fā)明。 貝爾實(shí)驗(yàn)室70年代早期 開(kāi)始將其用作太陽(yáng)能電池 80年代波音和ARCO 分別用共蒸和濺射硒化法作進(jìn)一步研究，將CIS摻鎵成為CIGS 目前最高效率19.5%,.,2,CIGS優(yōu)點(diǎn),1.高效率(19.5%，近于非晶硅)2.穩(wěn)定性(無(wú)衰減，耐輻照).低成本(薄膜、連接)4.鈉效應(yīng)5.短能量?jī)斶€時(shí)間6.適應(yīng)于很多應(yīng)用(弱光、空間、柔性基片) 7.很多研究和發(fā)展空間,.,3,CIGS的結(jié)構(gòu),.,4,物理性質(zhì),.,5,CIGS的性質(zhì),帶隙：對(duì)CIS為1.04eV，CIGS隨鎵含量增多導(dǎo)帶上升，帶隙增加，CGS為1.65eV。 帶隙增加也可以用硫代替硒，此

2、時(shí)價(jià)帶下降 電屬性：富銅為p型富銦為n型 典型的p型載流子濃度約1016/cm3,.,6,遷移率：薄膜高于塊狀單晶高于多晶 空穴為15-200cm2/Vs 電子為90-900cm2/Vs 介電常數(shù)：低溫下13.62.4 高溫下8.11.4 電子的有效質(zhì)量為0.09電子質(zhì)量 重空穴為0.71電子質(zhì)量 輕空穴為0.092電子質(zhì)量,.,7,CIGS中的缺陷主要有：空位取代原子晶粒間界等,.,8,表面和晶相,生長(zhǎng)的CIGS一般為柱狀多晶，典型晶體大小1微米，112晶向沿垂直薄膜厚度方向,.,9,電池組件結(jié)構(gòu),包括：基底、(阻擋層)、背電極、吸收層、(硫化鎘緩沖層)、i-zno緩沖層、n-zno上電極層

3、、(減反射層),.,10,工作時(shí)大部分吸收層為p型，最上層吸收層和以上各層為n型，帶圖如下,.,11,基底,基底有剛性的玻璃、陶瓷基底和柔性的金屬、塑料基底。 一般用普通的鈉鈣玻璃。 金屬基底要在金屬上加絕緣阻擋層 塑料基底要注意所耐溫度限制 硼硅玻璃熱膨脹系數(shù)過(guò)低，聚酰亞胺熱膨脹系數(shù)過(guò)高，要采用特殊工藝,.,12,阻擋層,要求阻擋層的情況： 1.金屬基板為求絕緣 2.外加鈉源時(shí)準(zhǔn)確控制鈉濃度 阻擋層的材料： 氧化硅、氮化硅 沉積方式： 射頻濺射,.,13,背電極,背電極一般用鉬，通常為直流濺射沉積，優(yōu)點(diǎn)為穩(wěn)定性、高反射率、低電阻，缺點(diǎn)為形成硒化鉬 可能的替代材料為鉭和鈮 對(duì)雙面電池，用導(dǎo)電氧

4、化物層代替鉬,.,14,吸收層沉積方法,主流沉積方法： 三步共蒸和濺射硒化 其他沉積方法： 反應(yīng)濺射 化學(xué)水浴沉積 激光蒸發(fā),三步共蒸得到最高效率 濺射保證大面積均勻性,.,15,第一緩沖層,硫化鎘緩沖層，優(yōu)點(diǎn)是(111)面和CIGS(112)面匹配，缺點(diǎn)是環(huán)境問(wèn)題 通常制造方法：鎘鹽+鉻合劑+硫脲 化學(xué)水浴沉積 其他制造方法：真空蒸發(fā)濺射原子層化學(xué)氣相沉積電沉積 其他制造方法共同缺點(diǎn)：破壞吸收層,.,16,無(wú)鎘緩沖層：歐洲法律規(guī)定所有電器必須無(wú)鎘，暫不包括光伏裝備 無(wú)鎘緩沖層一般為鋅和銦的硫?qū)僭鼗铮圃旆椒ê土蚧k相似 主要問(wèn)題：效率不夠高光照下 產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài),.,17,第二緩沖層,高阻本

5、征氧化鋅層，一般厚度50nm 優(yōu)點(diǎn)：增加二極管性能 主要沉積方式：射頻濺射,.,18,透明電極層,上電極要求：n摻雜透明導(dǎo)電氧化物 高透明性、低厚度以降低光學(xué)損耗 低電阻、高厚度以降低串聯(lián)電阻損耗 選用材料： 純材料氧化鋅氧化銦氧化錫 組合材料AZOGZOIZOITO 沉積方式直流濺射(大規(guī)模)射頻濺射反應(yīng)濺射,.,19,劃線(xiàn),劃線(xiàn)可為激光、光刻劃線(xiàn)或機(jī)械劃線(xiàn) 第一步鉬層較硬，必須激光劃線(xiàn)；第二步以后可用機(jī)械劃線(xiàn) 線(xiàn)寬低時(shí)可能短路，線(xiàn)寬高時(shí)遮光損失大 劃線(xiàn)間距低時(shí)遮光損失大，劃線(xiàn)間距高時(shí)電阻損失大 一般死區(qū)總寬0.5-1mm，劃線(xiàn)間距5-10mm，光學(xué)損失約10%,.,20,.,21,生產(chǎn)線(xiàn),

6、實(shí)際生產(chǎn)分為流水線(xiàn)生產(chǎn)和批處理 流水線(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)進(jìn)行，基片在傳送帶上勻速運(yùn)動(dòng)，但速度慢的處理過(guò)程需要很長(zhǎng)的流水線(xiàn) 批處理自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行，一次進(jìn)行很多基片的處理，處理速度慢時(shí)只要處理量大也能得到低成本 不同的工序可以?xún)烧呓Y(jié)合起來(lái),.,22,.,23,生產(chǎn)成本,生產(chǎn)成本分為直接成本和間接成本 直接成本不隨產(chǎn)量變化，主要是材料成本 降低直接成本的方式：提高材料利用率降低次品率 間接成本隨產(chǎn)量增加而降低，主要為設(shè)備成本,.,24,環(huán)境考慮,主要環(huán)境問(wèn)題：鎘污染、硒和硒源毒性、銦材料缺乏 解決辦法： 廢水除鎘鎘替代 單質(zhì)硒化 銦回收利用,.,25,發(fā)展方向,新生產(chǎn)技術(shù)：改進(jìn)沉積裝備更好過(guò)程控制 新材料 輕

7、和柔性基片(塑料、金屬)寬隙合金(含硫)無(wú)鉬背電極(鉬合金、鉭、鈮)無(wú)鎘緩沖層(含鋅、銦)無(wú)銦吸收層(含錫) 新的透明電極(高透光高導(dǎo)電性),.,26,新器件結(jié)構(gòu)：無(wú)緩沖層雙面電池多層電池 多層電池結(jié)構(gòu)：寬隙在上，窄隙在下 初期低成本：非真空過(guò)程,.,27,效率估計(jì),實(shí)驗(yàn)室組件效率高于工業(yè)生產(chǎn)，因?yàn)?1.工業(yè)生產(chǎn)難于實(shí)現(xiàn)大面積均勻性 2.實(shí)驗(yàn)室組件不需要?jiǎng)澗€(xiàn)連接，沒(méi)有相關(guān)損失 效率具有高穩(wěn)定性，僅濕熱條件下會(huì)退化 最大效率由以下?lián)p失機(jī)制描述,.,28,.,29,光生電流影響短路電流,影響光生電流的因素有 1.覆格或劃線(xiàn)導(dǎo)致的覆格損失 2.前表面反射，可用減反膜 3.透明導(dǎo)電層吸收 4.緩沖層吸

8、收緩沖層中載流子不收集因?yàn)榫彌_層兩邊性質(zhì)不反轉(zhuǎn)所以有高復(fù)合幾率可用寬帶隙的緩沖層,.,30,5.CIGS不完全吸收CIGS薄于1.0 m時(shí)會(huì)透過(guò)部分長(zhǎng)波 6.CIGS光生載流子不完全收集 不同原因電流損失量(mA/cm2),.,31,.,32,復(fù)合損失影響開(kāi)路電壓,復(fù)合發(fā)生在各層界面、空間電荷區(qū)和塊吸收層 最主要機(jī)制為CIGS空間電荷區(qū)SRH復(fù)合，因此需要在制備時(shí)減少?gòu)?fù)合中心 復(fù)合中心以深能級(jí)缺陷為主，要使用高純材料減少雜質(zhì) 背表面場(chǎng)結(jié)構(gòu)可減少?gòu)?fù)合區(qū)大小,.,33,電阻損失影響填充因子,降低電阻損失：使用厚和低阻的導(dǎo)電氧化物材料層，減少劃線(xiàn)間隔加大背電極厚度 一般小面積電池串聯(lián)電阻為20-30歐/米，而組