铜铟镓硒太阳能电池ppt课件

1、铜铟铜铟镓硒镓硒薄膜薄膜太阳太阳能电能电池池仅在数年以前，薄膜光伏 技术在光伏产业中还只能用“微缺乏道来描画，但在今天，其消费份额不断扩张。薄膜太阳能电池目前主要分为非晶硅薄膜太阳能电池、碲化镉CdTe薄膜太阳能电池、铜铟镓硒CIGS薄膜太阳能电池三类。2019-2019年薄膜太阳能电池薄膜电池与传统硅晶电池的比较 传统硅晶电池：由硅晶体组成,电池主要部分易碎,易产生隐形裂纹,大多有一层钢化玻璃作为防护,呵斥分量大,携带不便,抗震才干差,造价高,效率或多或少降低 薄膜电池：抑制了上述缺陷，分量轻,厚度薄.可弯曲,易携带,抑制了上述缺陷,但并没有传统硅晶电池转化效率高. 铜铟镓硒CIGS具有薄膜

2、光伏的一切优点，性能稳定、抗辐射才干强，光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅太阳电池转换效率，本钱却是其1/3。被国际上称为下一代的廉价太阳电池我们先来看另外一种物质，CuInSe2具有较大的化学组成区间,这意味着即使偏离定比组成1:1:2，该资料依然具有黄铜矿构造以及类似的物理和化学性质-再者CuInSe2甚至可以直接由其化学组成的调变得到,P型(Cu比例大)或N型(In比例大)而不用借助外加杂质以上两者使得CuInSe2具有非常优良的抗干扰,耐辐射才干0因此没有-光辐射引致性能衰退效应,运用寿命长。CIGS就是在CuInSe2根底上掺杂Ca元素使Ca元素部分

3、取代同族的In原子,经过调理Ca/(In+Ga)可以改动CIGS的带隙，调理范围为1.04到1.72。其构造依然是黄铜矿构造和具有CuInSe2所具有的性能上的优点最早对G的根底性研讨是在六十年代到八十年代, 年，等人制备出了第一块高效电池， 年。等科学家用多源共蒸发的方法制备出了效率 为的多晶薄膜太阳电池，年代中期，太阳公司初次利用溅射金属预制层硒化法制备 出了适宜商业开发的太阳电池。 1 光吸收才干强CIGS太阳能电池由Cu铜、In铟、Ga镓、Se硒四种元素构成最正确比例的黄铜矿结晶作为吸收层，可吸收光谱波长范围广，除了晶硅与非晶硅太阳能电池可吸收光的可见光谱范围，还可以涵盖波长在7001

4、200nm之间的红外光区域，即一天内可吸收光发电的时间最长，CIGS薄膜太阳能电池与同一瓦数级别的晶硅太阳能电池相比，每天可以超出20%比例的总发电量2 发电稳定性高由于晶硅电池本质上有光致衰减的特性，经过阳光的长时间暴晒，其发电效能会逐渐减退，而CIGS太阳能电池那么没有光致衰减特性，发电稳定性高。晶硅太阳能电池经过较长一段时间发电后，或多或少存在热斑景象，导致发电量小，添加维护费用，而CIGS太阳能电池能采用内部衔接构造、可防止此景象的发生，较晶硅太阳能电池比所需的维护费用低。3 转换效率高根据美国国家再生能源实验室(National Renewable Energy Labs;NREL)

5、所公布，目前太阳能电池转换效率最高可达20.2%，而业界最高纪录可达17%，普遍规范为12%。4 成产本钱低CIGS太阳能电池主要本钱为玻璃基板与Cu铜、In铟、Ga镓、Se硒四种元素构成的原资料，其中玻璃只需采用普通建材所运用的钠玻璃，不需求运用太阳能公用超白玻璃或者薄膜导电玻璃。四种金属元素不是贵重金属，而且每片电池板的CIGS吸收层所需膜层厚度不超越3m微米，原资料需求量不高，每片本钱非常具有竞争力。5 能源回收周期短太阳能电池是很好的可再生能源技术，可以处理我们人类的能源需求问题又不不污染环境，但是消费太阳能电池本身也需求耗费一定的能源。评价一个可再生能源安装能否真正环保，除了转换效率

6、，更重要的是运用该安装所产生的再生能源，需求多长时间才干相当于当初消费时所耗费的能源总量，即所谓能换回收周期。根据美国能源总署U.S.Department of Energy研讨，以30年寿命的太阳能安装为例，晶硅太阳能电池的回收期间为24年，而薄膜太阳能电池为12年。换而言之，每一个太阳能发电系统，可享有2629年真正无污染的期间，而采用CIGS太阳能无疑是最正确选择。缺陷1.制程复杂，投资本钱高 2.关键原料的供应缺乏 3.缓冲层CdS具有潜在的毒性。电池构造构造：由上到下依次为顶电极：具有透明导电性的铝掺杂氧化锌，缓冲层：本征氧化锌及硫化镉，吸收层：铜铟镓硒薄膜，背电极：金属钼，衬底：玻

7、璃。任务原理 图任务原理 原理：阳光照在电池外表，穿过顶电极，缓冲层，被铜铟镓硒吸收产生截流子，在内建电场的作用下吸收层接近硫化镉区域，不同电荷的载流子分别，负电荷走向顶电极，正电荷走向背电极，由此，太阳能便源源不断的转化为可供我们运用的电能，之所以具有较高的效率是由于铜铟镓硒资料对太阳光的吸收才干极强。内容大纲 铜铟镓硒太阳能电池板的制造方法 实验室制法简介及研讨现状 工业制法简介及研讨现状 开展铜铟镓硒太阳能电池遇到的妨碍 CIGS电池构造改良的探求 我国CIGS太阳能电池的开展前景铜铟镓硒太阳能电池板的制造方法 1 蒸镀法多用于实验室制法 2 磁控溅射法多用于工业制法 3 分子束外延法

8、4 喷涂热解法 5 电堆积方法实验室制法简介 制法称号：共蒸发法制法称号：共蒸发法 利用共蒸发法的缘由：产生薄膜效率最高、设备要求最高利用共蒸发法的缘由：产生薄膜效率最高、设备要求最高 步骤：第一步：共蒸发步骤：第一步：共蒸发In，Ga和和Se堆积在堆积在Mo覆盖的玻璃覆盖的玻璃 衬底上，衬底温度衬底上，衬底温度250400，构成，构成In- Ga-Se层。层。 第二步：共蒸发第二步：共蒸发Cu和和Se堆积在堆积在In-Ga-Se层上，层上，衬衬 底温度升高至大于底温度升高至大于540，构成富，构成富Cu的的 CIGS层。层。 第三步：就是少量的第三步：就是少量的In，Ga，Se堆积以构成堆积

9、以构成 少量贫铜的少量贫铜的CIGS薄膜，衬底温度同第薄膜，衬底温度同第二二 步步 三步法治铜铟镓硒吸收层优点：三步法治铜铟镓硒吸收层优点： 得到外表更加光滑的得到外表更加光滑的CIGS薄膜，可以降薄膜，可以降低低CIGS层与缓冲层的界面态密度，减少了层与缓冲层的界面态密度，减少了器件的暗电流。器件的暗电流。 三步法中的富铜过程有利于结晶质量的改三步法中的富铜过程有利于结晶质量的改善和晶粒尺寸的添加。利用液相善和晶粒尺寸的添加。利用液相Cu2-xSe的作用，使的作用，使CIGS晶粒重结晶，以构成晶粒重结晶，以构成CIGS大晶粒。大晶粒。 减少其在减少其在Mo背接触的复合，提高了开路电背接触的复

10、合，提高了开路电压压 。 薄膜前部薄膜前部Ga的梯度变化有利于提高器件在的梯度变化有利于提高器件在长波波段区域的量子效率，提高了短路电长波波段区域的量子效率，提高了短路电流。流。 共蒸发法治铜铟镓硒吸收层的缺陷：共蒸发法治铜铟镓硒吸收层的缺陷： 薄膜的均匀性比较难控制，资料浪费严重薄膜的均匀性比较难控制，资料浪费严重,不能满足大规模产业化的要求。不能满足大规模产业化的要求。 薄膜与衬底结合才干差薄膜与衬底结合才干差,影响运用寿命影响运用寿命 制备符合化学计量比具有黄铜矿构造的多制备符合化学计量比具有黄铜矿构造的多晶薄膜吸收层较困难。晶薄膜吸收层较困难。 国内外实验室研讨现状国内外实验室研讨现状

11、组织衬底效率组织衬底效率NRELUSA玻璃19.9%南开13%NRELUSA不锈钢17.5%南开柔性不锈钢9%Empa瑞士柔性不锈钢18.7%中科院深圳所与港大17%NEDO18.6%工业制法的简介 制法称号:溅射后硒化法 利用磁控溅射法的缘由: 设备相对较简单； 产膜 速率高，产量大； 工艺参数易于控制 ； 原资料利用率高 制造步骤： 选择衬底及清洗 DC磁控溅射法制备Mo电极 制备CuIn0.7Ga0.3薄膜 在真空或氩气环境下利用Se蒸汽进展硒化 ，产生CulnGaSe薄膜。工艺步骤1-衬底选择和清洗 衬底选择 平整；低杂质浓度；导热系数稍大于CIG。 普通采用soda lime玻璃。

12、清洗 丙酮超声后去离子水清洗。 乙醇超声后去离子水清洗。 去离子水超声，高压氮气吹干。工艺步骤2 Mo电极的制备和表征 方法：DC磁控溅射 表征 SEM ：外表有明显柱状和鱼鳞状构造，提高了接触面积；厚度1um。 Mo电极的制备 磁控溅射制备金属预制层： 少量氩气辉光放电产生Ar+。 Ar+电磁场加速作用下，高速飞向金属靶材，轰击靶材外表，溅射Cu、In、Ga离子。 溅射出的粒子堆积在基片玻璃+Mo外表。工艺步骤3-制备CuIn0.7Ga0.3薄膜 三靶磁控溅射系统共溅： 靶材： Cu9In11 Cu10Ga10 任务气压： 0.8Pa工艺步骤四-高温硒化真空或氩气环境下Se高温蒸发。Se蒸汽

13、和预制膜反响生成CIGS。CuIn0.7Ga0.3Se2表征溅射硒化法优点 可以比较准确的调理各元素的化学配比 薄膜的致密性高，运用寿命长 原资料的利用率高，对不需求堆积薄膜的地方加以屏蔽，可减少对真空室的污染 薄膜均匀性较好，有利于制造大面积CIS电池 步骤四运用的固态源硒化法。这一方式可防止运用剧毒的H2Se气体，因此操作更加平安，设备也相对简单。国内外工业制法的开展现状国外：目前全球有国外：目前全球有30多家公司置身于多家公司置身于CIGS产业，产业，但真正进入市场开发的公司只需德国的但真正进入市场开发的公司只需德国的Wuerth伍尔特、伍尔特、Surlfulcell，美国的，美国的Gl

14、obal Solar Energy，日本的，日本的Honda本田、本田、Showa Solar Shell。2019年、年、2019年世界年世界CIGS电池组件产能电池组件产能分别为分别为17.5MW、60.5MW，在世界光伏市场上占，在世界光伏市场上占据的份额很小。据的份额很小。国内：中国的国内：中国的CIGS产业远远落后于欧美和日本等国产业远远落后于欧美和日本等国家和地域，南开大学以国家家和地域，南开大学以国家“十五十五“863方案方案为依托，建立为依托，建立0.3MW中试线，现已制备出中试线，现已制备出30cm30cm效率为效率为7%的集成组件样品。的集成组件样品。2019年年2月，山东

15、孚日光伏科技宣布与德国的月，山东孚日光伏科技宣布与德国的Johanna协作，独家引进了中国首条协作，独家引进了中国首条CIGSSe铜铟镓硫铜铟镓硫硒化合物商业化消费线。硒化合物商业化消费线。 开展铜铟镓硒太阳能电池遇到的妨碍 实验室研讨所遇到的妨碍 薄膜中第二相的存在是影响CIS光电性能的主要缘由 。在CIS资料的制备中常出现如CuXSe等第二相。当第二相存在于晶粒间时，将有效阻止载流子在晶粒间的运动，减小载流子的效率。 电池串联电阻是太阳电池功率损耗的一个重要要素 。经过实际计算分析，结果阐明电池窗口层横向电阻、本征层i-ZnO电阻和基区体电阻是电池串联电阻的主要来源，分别占电池总的串联电阻

16、的457、266、213 工业量化消费面对的妨碍 原资料In的稀缺性。 缓冲层CdS具有潜在的毒性。无Cd缓冲层的工艺是目前研发的重点。 制程复杂，投资本钱高。CIGS电池构造改良的探求 改换太阳能电池的衬底 采用双面照射。 为了改善反面照射时电池的效率，可以经过降低吸收层CIGS的厚度，使得吸收层产生的光生载流予可以到达异质结的耗尽区，从而被电场分别，提高短路电流，从而提高电池的转换效率。我国CIGS太阳能电池的开展前景资源上：在资源上：在CIGS太阳能电池的一切膜系构造中，涉及太阳能电池的一切膜系构造中，涉及Mo、ZnO、AI、ZnS、MgO以及以及Cu、In、Ga、Se等资料。除了等资料

17、。除了In以外，都不是稀缺以外，都不是稀缺资料。我国资料。我国In的产量和已探明的储量占世界的六分之一，阐明在我国的产量和已探明的储量占世界的六分之一，阐明在我国开展开展CIGS太阳能技术在资源上具有优势和可行的。太阳能技术在资源上具有优势和可行的。本钱：根据日本本钱：根据日本NEDO太阳光发电技术研讨组合战略企划委员会的预太阳光发电技术研讨组合战略企划委员会的预测，到测，到2019年年CIGS太阳能电池板的价钱可以到达太阳能电池板的价钱可以到达75日元日元W(相当于相当于5RMBW)。根据。根据CIGS太阳能电池的长寿命特点太阳能电池的长寿命特点(有人预测有人预测100年年)，假设以假设以30年寿命计算，并保守地思索电池板年寿命计算，并保守地思索