什么是CIGS太阳能电池?CIGS薄膜太阳能电池共蒸发法介绍

太阳能电池在生活中有很多应用，例如美团单车篮筐里的太阳能电池。在上篇太阳能电池相关文章中，小编对铜锢稼硒薄膜太阳能电池的两种制作方法有所介绍。为增进大家对CIGS薄膜太阳能电池的了解，小编将对CIGS薄膜太阳能电池的共蒸发方法予以阐述。如果你对太阳能电池具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、CIGS 电池的结构

铜锢稼硒(CIGS)薄膜太阳能电池，具有层状结构，吸收材料属于I -III-VI族化合物。衬底一般采用玻璃，也可以采用柔性薄膜衬底。一般采用真空溅射、蒸发或者其它非真空的方法，分别沉积多层 薄膜，形成P-N结构而构成光电转 换器件。从光入射层开始，各层分 别为：金属栅状电极、减反射膜、窗口层(Zn0)、过渡层(CdS)、光吸收 层(CIGS)、金属背电极(Mo)、玻璃衬底。

二、共蒸发方法

共蒸发方法是研究最深入的方法，在实验室里制备小面积的 CIGS 薄膜太阳电池，沉积的CIGS 薄膜质量明显高于其它技术手段，电池效率较高，现在报道的最高转化效率达 19. 99%电池的 CIGS 层就是共蒸发法制备的。 现在一般采用的是美国可再生能源实验室(NREL)开发的三步共蒸发工艺沉积方 法。

(1)衬底温度保持在约 350℃左右，真空蒸发 In， Ga， Se 三种元素，首先制备形成(In， Ga) Se 预置层。

(2)将衬底温度提高到 550-580℃ ，共蒸发 Cu， Se， 形成表面富 Cu 的 CIGS 薄膜。

(3)保持第二步的衬底温度不变，在富 Cu 的薄膜表面再根据需要补充蒸发适量的 In， Ga， Se，最终得到成分为 Culn0.7Ga0.3Se2 的薄膜。三步法与其它制备工艺相比，沉积 得到的 CIGS 薄膜，具有更加平整的表面， 薄膜的内部非常致密均匀。 从而减少了 CIGS 层的粗糙度，这就可以改善 CIGS 层与缓冲层的接触界面，在减少漏电流的情况下，提 高了内建电场，同时也消除了载流子的复合中心。三步法中的富铜过程，主要是为了增加薄膜晶粒的大小，大的晶粒就意味着少的晶界，最后降低了载流子的复合。从生长机 理分析，主要是利用液相 Cu2-xSe 的作用， CIGS 晶粒重结晶，使从而形成CIGS 大晶粒。

三步法的另一个优点，是能够得到有利于器件提高短路电流和开路电压的 Ga 梯度曲线 (中间低)。Ga 含量在 Mo 电极接触侧更高，这种 Ga 分布有利于载流子向空间电荷区输 运，同时减少其在 Mo 背接触电极区域的复合，最终提高电池的开路电压。另一方面， 薄膜前部 Ga 的梯度变化，主要是增加带隙宽度， 提高器件在长波波段区域的量子效率， 也就提高了电池的短路电流。

在蒸发工艺中，影响薄膜性能的因素有很多。制备的主要工艺参数主要包括： 工作气压、衬底温度、硒源温度、沉积速率等等。要制备出高效率的太阳能电池器件，就必须制备高纯度的吸收层薄膜，薄膜的晶粒尽量大，表面平整，同时要保证严格的成分比例。硒源温度影响薄膜的组分，同时也会影响薄膜的均匀性和致密性。衬底温度高低不 同，会直接影响表面沉积原子的运动，反蒸发和结晶过程。适中的衬底温度，有利于形成平整的薄膜表面。沉积速率过高，原子来不及通过热运动到达晶格位置，可能引起空位或者结构的缺陷，结晶特性相对较差，最后导致电池效率较低。 共蒸发法制备吸收材料的光电性能优良， 用这种方法制备的小面积电池的转换效率 高达 19. 99%，保持着薄膜太阳能电池的世界纪录。我国南开大学光电子研究所用此方法制备的小面积电池效率为 12. 1%。但是，这种方法有几个致命的缺点，就是蒸发法对 设备要求严格、大面积制备困难、材料利用率偏低。就目前的设备可靠性和制备的工艺水平来看，很难保证大面积条件下多种元素化学计量比的均匀一致性，所以限制了其商 业上的大规模应用。

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