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CIGS電池的結構是怎么樣的?

鉅大LARGE  |  點擊量:1787次  |  2021年03月18日  

近年來,光伏工業呈現加速發展的趨勢,發展的特點是:產量新增,轉化效率提高,成本降低,應用領域不斷擴大。與十年前相比,太陽能電池價格大幅度降低。可以預料,隨著技術的進步和市場的拓展,光電池成本及售價將會大幅下降。2010年以后,由于太陽能電池成本的下降,可望使光伏技術進入大規模發展時期。隨著技術的進步,薄膜太陽能電池的發展將日新月異,在未來光伏市場的市場份額將逐步提高。作為性能最好的薄膜太陽能電池,CIGS薄膜太陽能電池也將迎來快速發展時期。


CIGS電池的結構


銅錮稼硒(CIGS)薄膜太陽能電池,具有層狀結構,吸收材料屬于I-III-VI族化合物。襯底一般采用玻璃,也可以采用柔性薄膜襯底。一般采用真空濺射、蒸發或者其它非真空的方法,分別沉積多層薄膜,形成p-N結構而構成光電轉換器件。從光入射層開始,各層分別為:金屬柵狀電極、減反射膜、窗口層(Zn0)、過渡層(CdS)、光吸收層(CIGS)、金屬背電極(Mo)、玻璃襯底。經過近30年的研究,CIGS太陽電池發展了很多不同結構。最重要差別在于窗口材料的不同選擇。最早是用n型半導體CdS作窗口層,其禁帶寬度為2.42eV,一般通過摻入少量的ZnS,成為CdZnS材料,重要目的是新增帶隙。但是,鍋是重金屬元素,對環境有害,而且材料本身帶隙偏窄。近年來的研究發現,窗口層改用Zn0效果更好,帶寬可達到3.3eV,CdS的厚度降到只有約50nm,Zn0只作為過渡層。為了新增光的入射率,最后在電池表面蒸發一層減反膜(一般采用MgFz),電池的效率會得到1-2%的提高。現在研究表明,襯底一般采用堿性鈉鈣玻璃(堿石灰玻璃),重要是這種玻璃含有金屬鈉離子。Na通過擴散可以進入電池的吸收層,這有助于薄膜晶粒的生長。


Mo作為電池的底電極要求具有比較好的結晶度和低的表面電阻,制備過程中要考慮的另外一個重要方面是電池的層間附著力,一般要求Mo層具有魚鱗狀結構,以新增上下層之間的接觸面積;CIS/CIGS層作為光吸收層是電池的最關鍵部分,要求制備出的半導體薄膜是p型的,且具有很好的黃銅礦結構,晶粒大、缺陷少是制備高效率電池的關鍵;CdS作為緩沖層,不但能降低i-Zn0與p-CIS之間帶隙的不持續性,而且可以解決CIS和Zn0晶格不匹配問題;n-Zn0(AZO)作為電池的上電極,要求具有低的表面電阻,好的可見光透過率,與Al電極構成歐姆接觸;防反射層MgFz可以降低光在接收面的反射,提高電池的效率。


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