CIGS太陽電池.ppt

1、太陽能電池基本原理，什么是太陽能電池？太陽能電池：也稱為“太陽能籌碼”或“光電池”，是利用太陽能直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。只要光進來，就能瞬間輸出電壓，如果有電路，就能產(chǎn)生電流。物理上被稱為太陽能光伏(縮寫為Photovoltaic、photo光、voltaics volt、PV)，被稱為光電池。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體物理學(xué)中，我們知道電子的共價化運動會導(dǎo)致能級分裂，能級分裂形成了根據(jù)電子先填充低能的原理，下一個可以填充電子。我們稱之為萬代或價帶。上面的樂隊是空的。這稱為指南。中間間隔，禁帶價帶中的電子被外部能量刺激后，會跳躍到誘導(dǎo)帶，成為自由電子，價帶內(nèi)留下空位。牙齒空位可以由價帶中相鄰

2、按鈕的電子占據(jù)，牙齒電子移動留下的新空位可以由另一個電子填補。這樣可以認為空位是按順序移動的。帶正電荷的粒子方向與電子運動方向相反。這稱為空穴。半導(dǎo)體中的費米能級，N型半導(dǎo)體：在硅晶體中混合P(磷原子)，磷原子與周圍4個硅原子共價鍵形成時，再添加一個電子，輕松擺脫磷原子的束縛，形成自由電子，磷原子失去電子，成為不可移動的正電中心。因此，多子是電子，小子是空穴。p型半導(dǎo)體：在硅晶體中混合B(硼原子)，當(dāng)硼原子與周圍4個硅原子共價鍵形成時，由于電子不足，需要從硅原子中奪取一個價電子，因此硅晶體中的共價鍵中有一個洞，硼原子接受電子，就成為負電的中心。(阿爾伯特愛因斯坦，美國電視電視劇，硅)P型半導(dǎo)體

3、的多子是空穴，器件是電子。本征晶半導(dǎo)體的費米能級Efi大致位于金臺正中線Ei。n型半導(dǎo)體的費米能級Efn位于金帶中心。摻雜濃度越高，費米能級(費米)離禁帶中心越遠，越接近導(dǎo)帶底部。p型半導(dǎo)體的費米能級Efp位于禁帶中心位置下。摻雜濃度越高，費米能級(fermi)離禁帶中心越遠，離價帶頂部越近。太陽能電池基本原理，太陽能電池是傳記性質(zhì)牙齒其他N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體連接合成，一個在P區(qū)，一個在N區(qū)，兩個徐璐接觸介面附近形成一個結(jié)，在p-n結(jié)，結(jié)區(qū)內(nèi)形成內(nèi)部電場，成為電荷運動的勢基地。太陽能電池基本原理，太陽進入太陽電池表面后吸收的能量大于禁帶寬度，在p-n連接中生成電子-孔對，在p-n連接中內(nèi)置的

4、電場作用下，空穴移動到P區(qū)域，電子移動到N區(qū)域，從而在P區(qū)域積累空穴，在N區(qū)域形成電子。電路關(guān)閉會形成電流。銅、銦、鎵、薄膜太陽能電池、太陽電池開發(fā)的總體趨勢、能源危機和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，可再生清潔能源開發(fā)已成為國際主要戰(zhàn)略課題之一！在太陽能無窮無盡、無窮無盡、最清潔、最大的可再生能源太陽能未來能源結(jié)構(gòu)中，占主導(dǎo)地位的太陽能各種使用方式中，太陽電池發(fā)電發(fā)展發(fā)展最快、最具活力、最受關(guān)注、太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀、太陽電池現(xiàn)狀：已開發(fā)的第三代結(jié)晶硅太陽電池包括單晶硅和多晶硅電池優(yōu)點33缺點：需要消耗高純度結(jié)晶硅。高成本高能耗，制造重污染原料；第二代薄膜太陽電池具有a:Si、CdTe、CIGS和DSSC電

5、池優(yōu)勢3360消耗品少，易于靈活制作。:研究晚了，很多基礎(chǔ)問題不明確，技術(shù)還不成熟。第三代薄膜太陽電池(例如疊層、熱電池、量子點等電池特征：)有前景，但大部分停留在概念階段，產(chǎn)品不足，實用性不明確。太陽能分類(按材料)，CIGS太陽電池的優(yōu)點，CIGS薄膜太陽電池：材料少，效率高，穩(wěn)定性好，靈活，易于感冒生產(chǎn)，發(fā)展前景好，成為研發(fā)熱點。第二代薄膜太陽電池的轉(zhuǎn)換效率最高(20.3%)的材料消耗低，通常與1.5-2.5微米相比功耗高，柔性基座能制造最大1100W/kg以上的柔性電池部件，體積對體積連續(xù)生產(chǎn)，CIGS太陽電池的優(yōu)點，非真空沉積法或電干法技術(shù)開發(fā)對放射性的抵抗力強，應(yīng)用國外計算了效率1

6、0的電池，如果全面使用CIGS光電池提供能源，只能使用幾年。一旦這樣的電池被大量生產(chǎn)，我擔(dān)心銦和硒會上升到鉆石價錢之上，納米所聲稱的低成本將不復(fù)存在。顯然，原料的稀有事實上已經(jīng)事先判斷過，CIS和CIGS將成為今后太陽能電池的補充，并渡邊杏大規(guī)模應(yīng)用。(威廉莎士比亞、溫斯頓、原語、母語、母語、母語)此外，CIGS電池的緩沖層CdS具有潛在的毒性，制造過程復(fù)雜，投資成本高。CIGS太陽電池開發(fā)過程，1953年合成CuInSe2 (CIS)單晶，1967年研究相圖1974年貝爾實驗室第一顆單晶CIS/CdS電池準(zhǔn)備，效率為5%；1975年12% 1976年，主大學(xué)第一顆薄膜CIS/CdS電池，效率

7、6.6% 1981年，波音雙層CIS/CdS薄膜電池，效率9.5%；1982年，CdxZn1-xS實現(xiàn)了10%的效率，而不是CdS。從此，人們重視CIS，開始了大量的研究。CIGS太陽電池發(fā)電過程，1985年將CdS厚度從3米減少到50納米，并將低電阻ZnO引入窗層，提高了短波響應(yīng)。自1989年波音制造效率為12.9%的CIGS電池以來，美國NREL實驗室(NRL)根據(jù)三階段蒸發(fā)法，效率達17.7%-18.8%-19.2-19.9%，并將世界紀(jì)錄2010年德國ZSWCIGS太陽電池結(jié)構(gòu)、基板(底部):常用材料是玻璃(Glass)或彈性金屬箔(例如不銹鋼箔、銅箔、鋁合金箔)或一些聚合物(例如聚酰

8、胺)。等電極(Mo)導(dǎo)電層：基底上0.51.0m的Mo等電極反彈，有助于孔傳導(dǎo)。CIS的晶格和不平衡較小，與CIS熱膨脹系數(shù)接近，歐姆接觸良好。CIGS光吸收層：吸收區(qū)、弱P型、空間電荷區(qū)是主要工作區(qū)。CIGS是調(diào)節(jié)能量間隙大小的四次化合物。N-type半導(dǎo)體CdS層：減少帶隙的不連續(xù)性，減少緩沖光柵不匹配問題，有助于電子有效傳導(dǎo)。I-ZnO異構(gòu)N層：防止CIGS太陽能電池發(fā)展過程中的分流問題導(dǎo)致組件性能下降。高阻力，CdS構(gòu)成n區(qū)?？梢蕴岣邤嗦冯妷骸ZnO窗層：將AZnO濺到透明導(dǎo)電層窗中。通過低電阻、掙扎、歐姆接觸，可以減少曲面重新結(jié)合的特性。MgF2反射防護層：提高入射角。頂部電極：金

9、屬鋁導(dǎo)線約0.05米，即銅钚薄膜太陽能電池。，CIGS太陽電池工作原理，原理：太陽光位于電池表面，通過頂電極、緩沖層，被銅銦鎵硒吸收，在載流子、內(nèi)置電場的作用下，吸收層接近硫化鎘區(qū)域，另一電荷的載流子分離，負電荷移至頂電極，正電荷移至后電極，因此太陽能源可以不斷地供我們使用。Cu、Au、Al、Ni、Al、Mo和Pt只有Ni和Mo不會與CIGS相互擴散。Mo使用比Ni在高溫下準(zhǔn)備更穩(wěn)定的Mo的方法。目前，Mo主要采用雙Mo工藝(濺射氣壓高，電阻高，電池連接電阻增加)來準(zhǔn)備直流磁控濺射。濺射氣壓低，Mo層和薄膜的附著力低，硒化時薄膜容易脫落，吸收層CIGS、CIGS薄膜作用于太陽電池的最核心層，太

10、陽電池PN結(jié)的P型材料部分吸收太陽光，產(chǎn)生光電流CIS和CIGS的晶體結(jié)構(gòu)CIS中有兩種茄子結(jié)構(gòu)。常溫下黃銅光結(jié)構(gòu)和超過870牙齒的閃鋅礦結(jié)構(gòu)CIGS是CuInSe2和CuGaSe2的無限溶液混合半導(dǎo)體，均為I-III-VI2族化合物，在室溫下為黃銅光結(jié)構(gòu)，摻在晶體結(jié)構(gòu)上的Ga取代了In的位置。CIS可以與CuGaSe2以任意比例混合，形成CuIn1-xGaxSe2。CuIn1-xGaxSe2允許大成分的變化，但光電特性的變化不明顯。CuIn1-xGaxSe2電池可以按Cu/In Ga=0.7-1的比例制造。CIS吸收系數(shù)高(105/cm)，1微米材料吸收99%太陽光，CIGS薄膜光學(xué)特性，C

11、IGS薄膜光學(xué)特性與直接帶隙半導(dǎo)體，光吸收系數(shù)105cm-1 CIS帶寬1.02 eV，1.45 eV距離Ga/(isGa混合量太大可能會惡化電池的電氣性能，混合S可能會增加頻帶間距，CIGS薄膜電氣性能，器件壽命：幾個ns器件擴散長度：到3m電子遷移率：最高1000cm2 V-1s-1(單晶)電導(dǎo)率：rich C u 1000-1n型材料在高Se蒸汽壓下通過p型導(dǎo)電退火。相反，P型材料在低Se蒸氣壓下退化后，變成N型。CuInSe2表示，由于化學(xué)組成部分大小，即使離開了整備構(gòu)成1:13:2，牙齒材料仍具有與黃銅光結(jié)構(gòu)類似的物理和化學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)。我們知道，一旦偏離了整備構(gòu)成，點缺陷就發(fā)生在材料上

12、，1，3，6族化合物的本分缺陷達到了空位，間距，誤差種類等12種。這些點缺陷在禁區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了新的能級。CuInSe2影響材料的導(dǎo)電性質(zhì)Cuinse2(就像加入雜質(zhì)一樣)，通過化學(xué)組成的調(diào)制，可以獲得P型Cu比率大或N型In比率大不相同的導(dǎo)電形式。不需要添加雜質(zhì)。CuInSe2的這種特性增加了輻射阻擋能力，使其壽命可以長達30年。CIGS薄膜材料的制備方法主要有真空法和非真空法兩種。其中真空法以制備的電池效率成為工業(yè)化的主流，主要包括磁控濺射和熱蒸發(fā)途徑。非真空法具有成本優(yōu)勢，是未來發(fā)展趨勢，主要包括電沉積法和圖解法兩種。，通過磁控濺射方法，工藝：沉積組裝后的硒化退火處理優(yōu)勢：能夠精確控制薄膜的元

13、素化學(xué)測量比、膜厚和成分均勻分布，成為當(dāng)前工業(yè)化的第一個工藝缺點。Ga含量和分布不容易控制。很難形成雙梯度結(jié)構(gòu)單元。日本的昭和外殼、本田(金屬裝配層)美國Daystar等(CIGS字典制作層)、磁控濺射、配方名稱3360濺射后碳粉法襯里的選擇和清潔襯里的選擇：平；低雜質(zhì)濃度熱導(dǎo)率比CIG稍大。通常使用soda lime玻璃。清洗：1、丙酮超聲波去離子水清洗。2、乙醇超聲去離子水清洗后。3、去離子水超聲，高壓氮氣干燥。直流磁控濺射法Mo電極：1，少量氬輝光放電，發(fā)生Ar牙齒。2，在Ar電磁場加速作用下，高速向金屬靶材料轟擊靶表面，轟擊濺射Cu，In，Ga離子。3、濺射粒子沉積在基板(玻璃Mo)表

14、面。磁控濺射方法，CuIn0.7Ga0.3薄膜3目標(biāo)磁控濺射系統(tǒng)同步飛濺準(zhǔn)備：目標(biāo)：Cu9In11和Cu10Ga10工作壓力：0.8Pa高溫硒真空或在氬環(huán)境下Se高溫蒸發(fā)。Se蒸汽和預(yù)制膜反應(yīng)產(chǎn)生CIGS。CuIn0.7Ga0.3薄膜，多元共蒸發(fā)法，工藝：使用Cu，In，Ga，Se 4茄子蒸發(fā)源通過熱蒸發(fā)形成薄膜的優(yōu)點：成膜質(zhì)量好，保持最高效率(20.3%)，研究最大缺點美國NREL分類：根據(jù)Cu的蒸發(fā)過程，步驟1步驟2:共同蒸發(fā)Cu和Se沉積在In-Ga-Se層，內(nèi)襯溫度大于540，形成豐富Cu的CIGS層。第三階段：以少量In，Ga，Se沉積，少量賓相CIGS薄膜，內(nèi)襯溫度250400，緩沖層CdS，緩沖層作用起緩沖保護作用，阻止濺射窗層時，濺射離子對吸收層的損害是電池PN結(jié)的N型材料，降低了窗層和吸收層的異質(zhì)介面不平衡。1.X EV (CIGS)-2.5 EV (CdS)-3.3 EV (ZNO)緩沖層的要求高電阻N型材料，使PNEV短路與吸收層的良好晶格不匹配。CdS材料的基本特性晶體結(jié)構(gòu)：閃鋅礦(立方)和纖維鋅(6字)結(jié)構(gòu)，室溫下6字保持穩(wěn)定，但立方保持亞穩(wěn)定，在一定條件下可以改變徐璐光學(xué)性質(zhì)。兩種結(jié)構(gòu)CdS金帶寬度不同、相對穩(wěn)定的六字相CdS 2.4 ev電氣特性：N過厚可能會降低電池效率。CdS制備方法：化學(xué)水浴法(CBD)可以制作薄、致密、沒有