电沉积CIGS薄膜太阳电池的研究进展及现状-论文.pdf

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1、·136·材料导报A：综述篇2014年2月(上)第28卷第2期电沉积CIGS薄膜太阳电池的研究进展及现状李玉华，马爱斌，张开骁，江静华，吴浩铭，宋丹，何青(1河海大学力学与材料学院，南京210098；2福莱德连接器科技有限公司，常熟215500)摘要CIGS薄膜太阳电池以其优异的光电性能倍受研究者关注。简要介绍了CIGS薄膜的结构及其优异性能，着重阐述了电化学沉积法制备CIGS薄膜的反应原理与目前国内外电沉积法制备CIGS薄膜太阳电池研究的最新进展，并展望了CIGS太阳电池发展所面临的难题及将来研究的方向。关键词电沉积CIGS太阳电池中图分类号：TK514文献标识码：A

2、ProgressinElectrOdepOsiti0nofCIGSThinFilmsSolarCellLIYuhua，MAAibin，ZHANGKaixiao，JIANGJinghua，WUHaoming。，SONGDan，HEQing(1CollegeofMechanicsandMaterials，HohaiUniversity，Nanjing210098；2Co．，Ltd，Changshu215500)AbstractMoreandmoreattentionhasbeenpaidtotheCIGSthinfilmsolarcells，duetotheirexcell

3、entopticalproperties．ThebasicstructureandadvantagesoftheCIGSfilmsareintroduced，withemphasisonitselectrochemicaldepositionmethodandthelatestprogress．Then，thechallengesandfutureresearchdirectionsofCIGSsolarcellsarepresented．Keywordselectrodeposition，CIGS，solarcell膜的结构及性质，相对于一般的硅基太阳电池，CIGS薄

4、膜的0引言独特结构决定了其优异的性能。社会与经济的可持续发展离不开能源资源的可持续发1．1cIGs薄膜制备过程中有很高的容错性展，随着能源短缺和环境污染的日趋严重，太阳能、风能和生CIGS是由Ga取代CIS(CulnSe)中的部分In获得，两物能等可再生、清洁能源的开发利用变得尤为重要，可再生者具有相似的结构，属于I一Ⅲ一Ⅵ族化合物，在室温下具有黄能源替代常规化石燃料已经势在必行。太阳作为整个太阳铜矿结构，是四方晶系_1]。由CuSe。-InSe。相图分析可知，系的核心，对于地球而言是一种不竭的存在，在众多新能源CulnSe有较大的化学组成容错区间，约可容许5(摩尔分中

5、，太阳能无疑是最佳选择之一，但高成本、小规模的现状使数)的变异，这表示薄膜成分在一定限度内即使偏离Cu、In、之难以与传统能源抗衡。只有进一步提高光伏器件的转化Se标准化学计量比1：l：2时，仍然可保持黄铜矿结构(图效率和稳定性，降低成本，太阳能才能在与传统能源的竞争1)，且具有相同的物理和化学性质。在薄膜制备过程中，可中脱颖而出。以CulnSe为代表的I一Ⅲ一Ⅵ族直接能隙半导以不必借助外加掺杂，只通过调节薄膜的化学计量比就能得体材料，具有较高的光吸收系数(可达10数量级)，其禁带宽到P型(富Cu)或者是n型(富In)的半导体材料，这为多结度为1．04eV。通过掺杂Ga

6、形成Cu(In，Ga)Se。，禁带宽度CIGS电池的可行奠定了基础。在薄膜制备过程中，通过控可在1．04～1．67eV变化，这为CIGS(Culn~Ga1一Se2)太阳制Ga／(In+Ga)的原子比可改变cIGS的禁带宽度，使其值电池的梯度带隙优化及多p-n结层的叠加提供了条件。在目在1．04eV(CIS)到1．67eV(CGS)之间变化，实现太阳光谱前单p-n结电池效率已逼近其理论转换效率的情况下，多P—和禁带宽度的优化匹配。因此，不必添加其他的吸收层，只n结层的叠加将是未来进一步提高CIGS薄膜太阳电池转换通过调节Ga的掺杂量即可获得不同禁带宽度的CIGS薄膜，效率

7、的主要发展趋势。实现多结叠加，从而与太阳光谱达到最优匹配，实现全光谱吸收。1CIGS薄膜的结构与性质1．2CIGS薄膜太阳电池没有光致衰退效应要制备多结CIGS太阳电池必须深入了解单层CIGS薄CIGS中点缺陷VIn可构成电中性复合缺陷对(Vcu、*国家自然科学基金(51141002)李玉华：男，1988年生，硕士生，主要从事电沉积CIGS太阳电池的研究E-mail：sduhua@126．corn马爱斌：通讯作者，男，1962年生，教授，博士生导师，主要从事超细晶金属材料的研究E-mail：aibin-ma@hhu．edu．cn电沉积CI