什么是CIGS太陽(yáng)能電池?CIGS薄膜太陽(yáng)能電池共蒸發(fā)法介紹

太陽(yáng)能電池在生活中有很多應(yīng)用，例如美團(tuán)單車籃筐里的太陽(yáng)能電池。在上篇太陽(yáng)能電池相關(guān)文章中，小編對(duì)銅錮稼硒薄膜太陽(yáng)能電池的兩種制作方法有所介紹。為增進(jìn)大家對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的了解，小編將對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的共蒸發(fā)方法予以闡述。如果你對(duì)太陽(yáng)能電池具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、CIGS 電池的結(jié)構(gòu)

銅錮稼硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池，具有層狀結(jié)構(gòu)，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(fā)或者其它非真空的方法，分別沉積多層 薄膜，形成P-N結(jié)構(gòu)而構(gòu)成光電轉(zhuǎn) 換器件。從光入射層開(kāi)始，各層分 別為：金屬柵狀電極、減反射膜、窗口層(Zn0)、過(guò)渡層(CdS)、光吸收 層(CIGS)、金屬背電極(Mo)、玻璃襯底。

二、共蒸發(fā)方法

共蒸發(fā)方法是研究最深入的方法，在實(shí)驗(yàn)室里制備小面積的 CIGS 薄膜太陽(yáng)電池，沉積的CIGS 薄膜質(zhì)量明顯高于其它技術(shù)手段，電池效率較高，現(xiàn)在報(bào)道的最高轉(zhuǎn)化效率達(dá) 19. 99%電池的 CIGS 層就是共蒸發(fā)法制備的。 現(xiàn)在一般采用的是美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)開(kāi)發(fā)的三步共蒸發(fā)工藝沉積方 法。

(1)襯底溫度保持在約 350℃左右，真空蒸發(fā) In， Ga， Se 三種元素，首先制備形成(In， Ga) Se 預(yù)置層。

(2)將襯底溫度提高到 550-580℃ ，共蒸發(fā) Cu， Se， 形成表面富 Cu 的 CIGS 薄膜。

(3)保持第二步的襯底溫度不變，在富 Cu 的薄膜表面再根據(jù)需要補(bǔ)充蒸發(fā)適量的 In， Ga， Se，最終得到成分為 Culn0.7Ga0.3Se2 的薄膜。三步法與其它制備工藝相比，沉積 得到的 CIGS 薄膜，具有更加平整的表面， 薄膜的內(nèi)部非常致密均勻。 從而減少了 CIGS 層的粗糙度，這就可以改善 CIGS 層與緩沖層的接觸界面，在減少漏電流的情況下，提 高了內(nèi)建電場(chǎng)，同時(shí)也消除了載流子的復(fù)合中心。三步法中的富銅過(guò)程，主要是為了增加薄膜晶粒的大小，大的晶粒就意味著少的晶界，最后降低了載流子的復(fù)合。從生長(zhǎng)機(jī) 理分析，主要是利用液相 Cu2-xSe 的作用， CIGS 晶粒重結(jié)晶，使從而形成CIGS 大晶粒。

三步法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是能夠得到有利于器件提高短路電流和開(kāi)路電壓的 Ga 梯度曲線 (中間低)。Ga 含量在 Mo 電極接觸側(cè)更高，這種 Ga 分布有利于載流子向空間電荷區(qū)輸 運(yùn)，同時(shí)減少其在 Mo 背接觸電極區(qū)域的復(fù)合，最終提高電池的開(kāi)路電壓。另一方面， 薄膜前部 Ga 的梯度變化，主要是增加帶隙寬度， 提高器件在長(zhǎng)波波段區(qū)域的量子效率， 也就提高了電池的短路電流。

在蒸發(fā)工藝中，影響薄膜性能的因素有很多。制備的主要工藝參數(shù)主要包括： 工作氣壓、襯底溫度、硒源溫度、沉積速率等等。要制備出高效率的太陽(yáng)能電池器件，就必須制備高純度的吸收層薄膜，薄膜的晶粒盡量大，表面平整，同時(shí)要保證嚴(yán)格的成分比例。硒源溫度影響薄膜的組分，同時(shí)也會(huì)影響薄膜的均勻性和致密性。襯底溫度高低不 同，會(huì)直接影響表面沉積原子的運(yùn)動(dòng)，反蒸發(fā)和結(jié)晶過(guò)程。適中的襯底溫度，有利于形成平整的薄膜表面。沉積速率過(guò)高，原子來(lái)不及通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)到達(dá)晶格位置，可能引起空位或者結(jié)構(gòu)的缺陷，結(jié)晶特性相對(duì)較差，最后導(dǎo)致電池效率較低。 共蒸發(fā)法制備吸收材料的光電性能優(yōu)良， 用這種方法制備的小面積電池的轉(zhuǎn)換效率 高達(dá) 19. 99%，保持著薄膜太陽(yáng)能電池的世界紀(jì)錄。我國(guó)南開(kāi)大學(xué)光電子研究所用此方法制備的小面積電池效率為 12. 1%。但是，這種方法有幾個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是蒸發(fā)法對(duì) 設(shè)備要求嚴(yán)格、大面積制備困難、材料利用率偏低。就目前的設(shè)備可靠性和制備的工藝水平來(lái)看，很難保證大面積條件下多種元素化學(xué)計(jì)量比的均勻一致性，所以限制了其商 業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。

以上便是此次小編帶來(lái)的“太陽(yáng)能電池”相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池共蒸發(fā)法具備一定的認(rèn)知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!