CIGS薄膜太阳能电池PPT学习教案

1、会计学1 CIGS薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池PPT课件课件 第1页/共19页 薄膜太阳 能电池发 展的历程 第2页/共19页 按 制 备 材 料 的 不 同 硅基太阳能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 纳米晶太阳能电池 主要:GaAs CdS CIGS 目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池 硅基太阳能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 硅基太阳能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 纳米晶太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 硅基太阳能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 纳米晶太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 硅基太阳能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池

2、 纳米晶太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 硅基太阳能电池 纳米晶太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 硅基太阳能电池 纳米晶太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 硅基太阳能电池 纳米晶太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池 主要:GaAs CdS CIGS 目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池 主要:GaAs CdS CIGS 目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池 硅基太阳能电池 纳米晶太阳能电池 有机聚合物太阳 能电池 多元化合物薄膜 太阳能电池 主

3、要:GaAs CdS CIGS 目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池 第3页/共19页 第4页/共19页 CuInSe2黄铜矿晶格结构 CuInSe2复式晶格复式晶格:a=0.577,c=1.154 直接带隙半导体，其光吸收系数高达直接带隙半导体，其光吸收系数高达105量级量级 禁带宽度在室温时是禁带宽度在室温时是1.04eV，电子迁移率和空穴迁移率分，电子迁移率和空穴迁移率分3.2X102(cm2/Vs)和和1X10(cm2/Vs) 通过掺入适量的通过掺入适量的Ga以替代部分以替代部分In，形成，形成CulnSe2和和CuGaSe2的固熔晶体的固熔晶体 Ga的掺入会改变晶体的晶格常数，改变了

4、原子之间的作用力的掺入会改变晶体的晶格常数，改变了原子之间的作用力,最终实现了材料禁带宽度的改变，在最终实现了材料禁带宽度的改变，在1.04一一1.7eV范围内可以根据设计调整，以达到最高的转化效率范围内可以根据设计调整，以达到最高的转化效率 自室温至自室温至810保持稳定相保持稳定相,使制膜工艺简单使制膜工艺简单, 可操作性强可操作性强. 第5页/共19页 富富Cu薄膜始终是薄膜始终是p型，而富型，而富In薄膜则既可能薄膜则既可能 为为p型，也可能为型，也可能为n型。型。n型材料在较高型材料在较高Se蒸蒸 气压下退火变为气压下退火变为p型传导型传导;相反，相反，p型材料在较型材料在较 低低S

5、e蒸气压下退火则变为蒸气压下退火则变为n型型 CIS中存在上述的本征缺陷中存在上述的本征缺陷 ， 影响薄膜的电学性质影响薄膜的电学性质 .Ga的的 掺入影响很小掺入影响很小. 第6页/共19页 lIn/GaIn/Ga比的调整可使比的调整可使CIGSCIGS材料的带隙范围覆盖材料的带隙范围覆盖1.01.0一一l.7eVl.7eV，CIGSCIGS其带隙值随其带隙值随GaGa含量含量x x变化满足下列公式其中，变化满足下列公式其中，b b值的大小为值的大小为0.150.15一一0.24eV0.24eV lCIGS的性能不是的性能不是Ga越多性能越好的，因为短路电流是随着越多性能越好的，因为短路电流

6、是随着Ga的增加对长波的吸收减小而减小的。的增加对长波的吸收减小而减小的。 l当当x=Ga/(Ga+In)0.3时，随着时，随着x的增加，的增加，Eg减小，减小，Voc也减小。也减小。 l G.Hanna等也认为等也认为x=0.28时材料缺陷最少，电池性能最好。时材料缺陷最少，电池性能最好。 第7页/共19页 金属栅电极 减反射膜(MgF2) 窗口层ZnO 过渡层CdS 光吸收层CIGS 金属背电极Mo 玻璃衬底 低阻AZO 高阻ZnO 金属栅电极 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 窗口层ZnO 减反射膜(MgF

7、2) 金属栅电极 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 光吸收层CIGS 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 光吸收层CIGS光吸收层CIGS 过渡层CdS 光吸收层CIGS 过渡层CdS 光吸收层CIGS 窗口层ZnO 过渡层CdS 光吸收层CIGS 金属栅电极 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极金属栅电极 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 窗口层ZnO 减反射膜(Mg

8、F2) 金属栅电极金属栅电极 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 光吸收层CIGS 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 光吸收层CIGS 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 金属背电极Mo 光吸收层CIGS 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 窗口层ZnO 减反射膜(M

9、gF2) 金属栅电极 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 光吸收层CIGS 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 金属背电极Mo 光吸收层CIGS 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 金属背电极Mo 光吸收层CIGS 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 玻璃衬底 金属背电极Mo 光吸收层CIGS 过渡层CdS 窗口层ZnO 减反射膜(MgF2) 金属栅电极 第8页/共19页 l减反射膜：增加入射率 lAZO： 低阻，高透，欧姆接触

10、li-ZnO：高阻，与CdS构成n区 lCdS： 降低带隙的不连续性，缓 冲晶格不匹配问题 lCIGS： 吸收区，弱p型，其空间 电 荷区为主要工作区 lMo: CIS的晶格失配较小且热 膨 胀系数与CIS比较接近 第9页/共19页 光 CIGS(弱p) (1.01.7eV) CdS (n) (2.4eV) ZnO (n) (3.2eV) N区 内建电场 光生电流（电压） 第10页/共19页 l电子亲合能不同,产生导带底失调值Ec和价带失调值Ev l禁带宽度可调: Ec0或0的能带结 构对提高电池的转换效率有利。 当EcO.5eV以后，开路电压明 显下降，同时短路电流也急剧下 降.高效电池Ec的理想范围在0- 0.4eV之间，一般以0.2-0.3ev为 宜 第11页/共19页 第12页/共19页 第13页/共19页 第14页/共19页 第15页/共19页 第16页/共19页 补充: 磁控溅射 1.衬底温度保持在约350 左右，真空