CIS(CIGS)薄膜材料的研究进展

以CIS(CIGS)作为吸收层的太阳能电池因其诸多优异性能而成为最具潜力的第三代太阳能电池。首先介绍了CIS(CIGS)薄膜的性能与掺杂对电池的影响,讨论了多种薄膜沉积技术及其优缺点,重点介绍了几种低成本制备技术及其影响因素,最后阐述了CIS(CIGS)薄膜电池的发展情况,并展望了CIS(CIGS)电池的发展趋势。

CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究

采用蒸发硒化方法制备了P型CIS(铜铟硒 )和CIGS(铜铟镓硒 )薄膜 ,用蒸发法制备N型CdS(硫化镉 ) ,二者组成异质PN结太阳电池。经退火处理 ,CIS和CIGS薄膜太阳电池的效率分别达到 8 83 %和 9 13 %。对制膜过程中衬底的选择 ,背电极的制备 ,CIS各元素蒸发控制和镓的掺入等工艺技术问题进行了深入的讨论 。

CIS/CIGS基黄铜矿系光伏材料研究进展

CuInSe2(CIS)/Cu(In,Ga)Se2(CIGS)半导体材料具有出色的光伏性能、丰富的缺陷物理内涵以及制备上的挑战,20多年来一直受到太阳能电池界和材料物理界的极大关注。介绍了CIS/CIGS基黄铜矿系光伏材料的微结构、缺陷物理模型。阐明了缺陷类型与材料电学性能的关系:Cu空位VCu是p型材料中的主要受主,Se空位VSe是n型材料中的主要施主;以及Na元素的作用:优化膜的形貌、提高膜的导电率、还能减小缺陷的浓度。综述了两种常用制备方法(蒸镀法、溅射法)的研究进展。

CIS(CIGS)薄膜在乙醇中的一步电沉积制备

利用一步电沉积法在乙醇溶液中制备出CIS和CIGS前驱体薄膜,并在氩气氛中进行550℃、30 min的热处理。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及自带能谱仪(EDS)对薄膜进行测试表征,并对电沉积CIS(CIGS)薄膜的机理进行了初步探讨。结果表明热处理后的薄膜物相纯净且结晶度高,表面致密、均匀,EDS分析表明所制备的CIGS薄膜为轻微贫铜膜,原子比[Ga]/([In]+[Ga])为0.24,分布在高效太阳电池所需比值范围内。

CIS(CIGS)太阳能电池研究进展

介绍了CIS(CIGS)薄膜太阳能电池的性能与结构以及制备方法、掺杂对电池的性能与结构的影响、窗口层的制备等方面的最新研究成果,重点介绍了两种低成本制备薄膜的方法:电沉积法和喷雾法,最后阐述了CIS(CIGS)太阳能电池在工业生产和空间应用的进展情况,并展望了CIS(CIGS)发展趋势。

CIGS薄膜太阳电池的数值模拟研究

建立了铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池结构模型,利用SCAPS模拟计算得到CIGS薄膜太阳能电池的载流子生成率、能带排列、电场强度等,研究了CIGS薄膜太阳能电池吸收层的Ga组分含量、不同共蒸法制备的电池吸收层缺陷密度、吸收层厚度、掺杂浓度对电池输出性能的影响。结果表明,单步共蒸法制备的电池中CIGS/CdS异质结“尖峰状”的能带排列有利于载流子传输;当Ga组分含量在30%时,太阳能电池的输出性能优异。三步共蒸法制备的电池吸收层缺陷密度进一步降低,可提升电池的输出性能。吸收层厚度为2.0μm厚的电池吸收层即可吸收大部分的光子,继续增加吸收层厚度会导致短路电流密度降低。增大吸收层掺杂浓度,提高了光生电动势、增大了开路电压,但CIGS/CdS异质结界面处势垒下降,载流子复合率上升,导致短路电流密度下降。优化CIGS薄膜太阳能电池参数后,利用SCAPS模拟得到其转换效率达到了27.67%。

利用风力发电机组塔筒壁安装CIGS光伏柔性组件实现“风光互补”的方案研究

“风光互补”能够综合光伏发电和风力发电的优势,提高供电的可靠性和资源的利用效率,加强土地的合理化、集约化利用,因而近年来得到了广泛的应用。目前,“风光互补”光伏组件主要以多晶硅组件为主。随着碲化镉、铜铟镓硒(CIGS)等柔性薄膜组件的研发成功,其因良好的弱光效应、无衰减、成本低和可塑性强等优点而得到了广泛的应用。基于此,对利用风力发电机组塔筒壁安装CIGS柔性薄膜组件实现“风光互补”的方案进行研究。

基于柔性CIGS薄膜光伏与气肋式气膜产品一体化设计与应用研究

气肋式气膜结构发展趋于成熟,同时柔性铜铟镓硒(copper indium gallium selenide,CIGS)薄膜光伏组件由于其轻便、具有延展性及曲度,与气肋式气膜的结合为进一步发挥新能源优势提供了基础。本文基于气肋式气膜的应用特点及技术要求,同时介绍了柔性CIGS薄膜光伏组件的发展情况,对CIGS薄膜光伏组件与气肋式气膜结合应用进行了探讨。通过试验应用项目的技术参数及创新点分析,总结了柔性CIGS薄膜光伏组件与气肋式气膜一体化应用的可行性及优势。为未来大型气肋式气膜与柔性CIGS薄膜光伏组件的一体化应用和推广提供借鉴与参考。

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研究进展

综述了CIGS薄膜太阳能电池近年来的研究进展。概述了CIGS薄膜的组织结构、性能特性及其之间的联系;介绍了CIGS薄膜吸收层的多种制备方法,如多元共蒸发法、溅射后硒化法、电沉积法、喷涂高温分解法等;概述了Na掺杂对CIGS电池性能的促进作用及其机理;总结了柔性衬底CIGS薄膜太阳能电池的研究情况;最后从理论和实验研究方面展望了CIGS薄膜太阳能电池的研究方向。

CIGS电池缓冲层CdS的制备工艺及物理性能

在含有醋酸镉、醋酸氨、硫脲和氨水的水溶液中，化学沉积CdS半导体薄膜，薄膜的厚度与搅拌强度有很大关系，表明薄膜的生长速度是由OH^-和SC（NH2）2的扩散传质为控制步骤。CAS薄膜的电阻率在10^4-- 10^5Ω·Cm之间。CAS薄膜的品格在乙酸胺浓度较小时，为六方晶和立方晶混合结构；乙酸胺浓度较大时，为立方晶结构。利用六方晶与立方晶混合的CAS制备的CIGS太阳电池，光电转换效率最大可达12．1％，3．5×3．6cm^3小面积组件为6．6％。立方相CAS制备的最佳电池效率达到12．17％。两种晶相结构的CAS薄膜对CIGS太阳电池的性能影响没有明显的差别。

载气对CIGS薄膜结构和表面形貌的影响

采用中频交流磁控溅射方法,在Mo层上沉积了CuInGa(CIG)预制膜。分别以N2和Ar为载气,采用硒蒸汽硒化法制备了Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)吸收层薄膜,考察了N2和Ar流量对CIGS薄膜结构和形貌的影响。采用SEM和EDS观察和分析了薄膜的表面形貌和成分,采用XRD表征了薄膜的组织结构。结果表明,采用Ar和N2为载气时,在各个流量下所制备的CIGS薄膜均为黄铜矿相结构,薄膜具有(112)面的择优取向。采用Ar为载气时,当Ar流量为0.10 m3/h时,所获得的CIGS薄膜的孔隙最少,随着Ar流量的增大,薄膜孔隙增多,变得疏松。采用N2为载气时,当N2流量为0.10 m3/h、0.20 m3/h、0.30 m3/h时,所获得的CIGS薄膜孔隙较多,当N2增大到0.40 m3/h时,薄膜变得致密,所获得的CIGS的CuI、n、Ga原子含量,处于制备弱p型CIGS薄膜的理想范围。

CIS/CIGS薄膜的制备技术与其生长机理研究

多晶CuInSe2或称Cu(In,Ga)Se2(简称GIS或CIGS)材料在薄膜太阳电池中具有重要的应用.GIS/CIGS的制备方法很多,制备方法不同,CIS的形成机理也不相同,本文对几种典型的制备方法的形成机理做了简要的讨论,并应用XRD、DSC手段,对于金属预制层后硒化法的薄膜的形成机理进行了研究.实验结果显示,溅射法制备的预制层有5种相同时存在,衬底温度升高到220℃,Se熔化后,薄膜中化学反应剧烈,有三元相产生;至350℃,三元相转化成了黄铜矿CuInSe2.

Na掺入制备不锈钢衬底CIGS太阳电池

以轻质柔性不锈钢材料为衬底,利用共蒸发法制备较高质量的四元化合物Cu(In,Ga)Se_2薄膜,在沉积CIGS薄膜前沉积一定厚度的NaF预置层,使得所制备的CIGS薄膜含有适量浓度的Na,并获得了10.06%的转换效率。利用X射线衍射仪和X射线荧光光谱仪分别测量了所制备薄膜的晶相和组分,利用扫描电子显微镜分析了不锈钢衬底CIGS太阳电池的断面形貌,最后分析了NaF的掺入对CIGS太阳电池的影响。

CIGS薄膜太阳能光伏产业发展现状

Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳能电池以其柔性、低成本、发电性能稳定等优势成为硅基光伏电池的最佳替代品。概述了CIGS薄膜电池特性,列举了国内外产业发展状况。同时对CIGS薄膜电池产业化存在的问题和未来研发方向做了简要的总结和预测。

硒蒸气硒化法制备CIGS薄膜的影响因子(Ⅰ) 氩气流量对CIGS薄膜结构和形貌的影响

采用中频交流磁控溅射方法,在Mo层上沉积了CuInGa(CIG)预制膜。以Ar为载气,采用固态硒化法制备获得了Cu_(In_(1-x)Ga_x)Se_2(CIGS)吸收层薄膜,考察了Ar流量对CIGS薄膜结构和形貌的影响。采用SEM和EDS观察和分析了薄膜的表面形貌和成份,采用XRD表征了薄膜的组织结构。结果表明,在不同Ar流量下制备的CIGS薄膜均具有单一的黄铜矿相结构,薄膜具有(112)面的择优取向。随着Ar流量的增大,CIGS薄膜晶粒直径增大。当Ar流量为0.20 m^3/h时,薄膜的孔隙最少。当Ar流量达到0.40 m^3/h时,薄膜晶粒出现明显的柱状生长。当Ar流量为0.10、0.20和0.30 m^3/h时,所制得的CIGS薄膜的Cu、In、Ga原子含量比,处于弱p型的理想范围。

CIGS薄膜材料研究进展

CIGS薄膜太阳电池具有低成本、高效率、性能稳定等优点,是最有发展前途的太阳能电池之一,受到了广泛关注.阐述了CI(G)S材料特性,分别介绍了多种制备方法,其中着重介绍共蒸发三步法这一制备小面积高效率电池的通用方法和在产业化生产中更理想的溅射后硒化法.

化学水浴沉积CIGS太阳电池缓冲层ZnS薄膜的研究

在含有ZnSO4、SC(NH2)2、NH4OH的水溶液中采用CBD法沉积ZnS薄膜,研究了沉积时间、水浴温度、搅拌等工艺条件对沉积薄膜的影响。薄膜的厚度与搅拌的强度有很大关系,表明扩散传质是薄膜生长的控制步骤。XRF和XRD测试表明沉积的薄膜中含有ZnS和Zn(OH)2,SEM测试表明薄膜颗粒大小相近,但不致密。随着沉积时间的增加,薄膜厚度增加,透过率减小。当前采用CBD-ZnS薄膜制备的无镉CIGS太阳电池转换效率达到8.54%。

溅射功率对CIGS吸收层前驱膜成分和结构的影响

采用中频交流磁控溅射方法制备了CuIn、CuGa和CIG合金膜。采用SEM和XRD观察和分析了各种薄膜的表面形貌、成分和组织结构。着重分析了靶功率密度对薄膜成分、晶体结构的影响。结果表明,通过调节靶功率密度,能精确控制薄膜中CuI、n、Ga比例。制备得到了Cu/(In+Ga)原子比接近1,且Ga/(In+Ga)比例可调的成分分布均匀的CIG薄膜。CIG前驱膜是以Cu11In9为基础相,Ga原子主要是以替代In原子的固溶体形式存在。当溅射CuIn和CuGa合金靶的功率密度分别为0.26和0.10 W/cm2时,可制备得到由Cu11In9和CuIn两相组成的理想的CIG前驱膜。

卷对卷技术制备大面积柔性CIGS薄膜太阳电池吸收层

以轻质柔性聚酰亚胺(PI)材料为衬底,采用低温共蒸发"一步法"工艺制备四元化合物Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜。本文采用卷对卷(roll-to-roll)技术,在衬底幅宽300 mm的方向上实现了良好的成膜均匀性。利用XRD和XRF分别分析了所制备薄膜的晶相、组分和厚度,SEM分析了薄膜的表面形貌,讨论了不同衬底温度下制备的CIGS薄膜的性能。

CIG前驱膜叠层方式对CIGS膜成分和结构的影响

采用中频交流磁控溅射方法制备了三种不同叠层方式的CuInGa(CIG)前驱膜。采用固态法硒化,获得了CIGS吸收层。采用SEM和XRD观察和分析了薄膜的成分、组织结构和表面形貌。着重分析不同叠层方式的CIG前驱膜对CIGS吸收层薄膜成分、晶体结构的影响。结果表明,三种叠层方式的前驱膜都可以获得成分均匀、结构一致的CIGS吸收层薄膜。Ga可以有效抑制In2Se挥发相生成,保持成分的稳定性。以CuGa(top)/CuIn(bottom)形式的前驱膜有利于形成紧密晶粒排列的CIGS。