CIGS电池的结构是怎么样的?

2021-03-18      1770 次浏览

近年来,光伏工业呈现加速发展的趋势,发展的特点是:产量新增,转化效率提高,成本降低,应用领域不断扩大。与十年前相比,太阳能电池价格大幅度降低。可以预料,随着技术的进步和市场的拓展,光电池成本及售价将会大幅下降。2010年以后,由于太阳能电池成本的下降,可望使光伏技术进入大规模发展时期。随着技术的进步,薄膜太阳能电池的发展将日新月异,在未来光伏市场的市场份额将逐步提高。作为性能最好的薄膜太阳能电池,CIGS薄膜太阳能电池也将迎来快速发展时期。


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。经过近30年的研究,CIGS太阳电池发展了很多不同结构。最重要差别在于窗口材料的不同选择。最早是用n型半导体CdS作窗口层,其禁带宽度为2.42eV,一般通过掺入少量的ZnS,成为CdZnS材料,重要目的是新增带隙。但是,锅是重金属元素,对环境有害,而且材料本身带隙偏窄。近年来的研究发现,窗口层改用Zn0效果更好,带宽可达到3.3eV,CdS的厚度降到只有约50nm,Zn0只作为过渡层。为了新增光的入射率,最后在电池表面蒸发一层减反膜(一般采用MgFz),电池的效率会得到1-2%的提高。现在研究表明,衬底一般采用碱性钠钙玻璃(碱石灰玻璃),重要是这种玻璃含有金属钠离子。Na通过扩散可以进入电池的吸收层,这有助于薄膜晶粒的生长。


Mo作为电池的底电极要求具有比较好的结晶度和低的表面电阻,制备过程中要考虑的另外一个重要方面是电池的层间附着力,一般要求Mo层具有鱼鳞状结构,以新增上下层之间的接触面积;CIS/CIGS层作为光吸收层是电池的最关键部分,要求制备出的半导体薄膜是p型的,且具有很好的黄铜矿结构,晶粒大、缺陷少是制备高效率电池的关键;CdS作为缓冲层,不但能降低i-Zn0与p-CIS之间带隙的不持续性,而且可以解决CIS和Zn0晶格不匹配问题;n-Zn0(AZO)作为电池的上电极,要求具有低的表面电阻,好的可见光透过率,与Al电极构成欧姆接触;防反射层MgFz可以降低光在接收面的反射,提高电池的效率。


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