CIGS薄膜太阳电池研究进展

Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池以其具有的诸多优势成为最具发展潜力的太阳电池之一。随着CIGS薄膜太阳电池光电转换效率世界纪录的不断被刷新,继续提高电池性能、研究无Cd缓冲层材料,发展柔性衬底CIGS薄膜电池及组件,优化现有的工艺流程,开发低成本的吸收层沉积工艺,尽快将实验室技术转移为CIGS电池组件的商业化生产成为今后的研究热点。主要介绍了CIGS薄膜太阳电池近年来在这些方面的研究进展。     

柔性CIGS薄膜太阳电池的激光划线研究

单片集成是Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池组件的一种形式,可以降低电流和电阻损失,制备的关键步骤是通过划线实现子电池间的隔离和互联。超短脉冲激光划线能降低死区宽度,提高划线质量。为实现一种新型结构CIGS薄膜太阳电池组件的单片集成,采用1 064 nm波长皮秒激光对PI衬底CIGS薄膜太阳电池划线。通过对不同工艺条件划线沟道深度、结构及成分的研究发现,可以实现选择性移除CIGS薄膜太阳电池材料层,露出PI衬底或钼背电极层,划线沟道底部平整、干净,划线两侧整齐,宽度在100μm左右。     

低温三步法制备柔性CIGS太阳电池

以聚酰亚胺(PI)为衬底的柔性铜铟镓硒[Cu(In,Ga)Se2,简称CIGS]太阳电池因其极高的质量比功率受到广泛的关注与研究。采用低温"三步法"共蒸发工艺制备吸收层CIGS薄膜,在第二步时薄膜会经历富Cu的生长过程,并通过拉曼检测到CuxSe生成。通过X射线衍射光谱法(XRD)分析CIGS薄膜晶体结构,薄膜择优取向呈现为(220)/(204)晶向。扫描电子显微镜(SEM)分析发现CIGS薄膜颗粒大且致密。在PI衬底上制备的CIGS薄膜太阳电池的转换效率达到6.57%。     

Cu(In_(0.7)Ga_(0.3))Se_2薄膜太阳电池的研究

采用直流溅射方法研究Cu(In0.7Ga0.3)Se(CIGS)薄膜太阳电池的背电极Mo薄膜、吸收层CIGS薄膜、缓冲层ZnS薄膜以及窗口层ZnO:Al(ZAO)薄膜的制备条件,并利用XRD、AFM和SEM对薄膜表面形貌进行表征。根据实验结果制备了性能良好的CIGS薄膜电池,并初步研究了电池的I-V特性,研究发现制备的太阳电池的填充因子大概为36%,并分析影响填充因子的原因。通过反复研究CIGS薄膜电池的制备条件,为制备高效CIGS薄膜电池奠定了基础。     

CIGS薄膜太阳电池研究进展

由于CIGS电池结构和工艺的复杂性,达到其理论极限值还有很多问题需要光伏科学家们来解决,同时产品在产业化性能方面与实验室水平仍有一定的差距。介绍了CIGS薄膜太阳电池的特点、电池吸收层的制备工艺,介绍了近期部分CIGS电池的研究进展。     

Na掺杂工艺对CIGS薄膜及柔性器件性能的影响

采用共蒸发三步法在聚酰亚胺(PI)衬底上沉积CIGS薄膜,研究了Na掺杂工艺对PI衬底生长的CIGS薄膜性质及柔性太阳电池性能的影响。前掺Na工艺可有效改善吸收层CIGS薄膜电学性质,但会阻碍In、Ga互扩散,并导致CIGS薄膜结晶质量下降。这是由于在CIGS薄膜沉积过程中掺入Na原子,影响了薄膜生长的动力学过程。后掺Na工艺在提高吸收层CIGS薄膜电学性质的同时,避免了Na原子扩散对CIGS薄膜结晶质量的影响,最终提高了柔性CIGS薄膜太阳电池性能。     

Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳电池研究进展(Ⅰ)

Cu(In,Ga)Se2(CIGS)是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有黄铜矿晶体结构,以它为吸收层的太阳电池称为CIGS薄膜太阳电池.此电池具有如下特点:(1)光电转换效率高.2008年美国国家可再生能源实验室(NREL)研制的小面积CIGS薄膜太阳电池光电转换效率已达到19.9%,是当前各类薄膜太阳电池的最高记录.     

CIGS薄膜太阳能电池研究进展

薄膜太阳电池以其低成本吸引越来越多的研究者。CIGS薄膜作为光伏材料,其光电转化效率高,性能稳定,CIGS薄膜太阳能电池成为各国研究的热点之一。近来研究主要关注CIGS薄膜太阳电池大面化、薄膜效率影响因素和工艺研究。本文主要介绍CIGS薄膜电池近年来的研究进展。     

CIGS薄膜太阳电池柔性化

铜铟镓硒(copper indium gallium di Selenide,CIGS)被公认为最佳的薄膜太阳电池材料之一,CIGS薄膜太阳电池是一种高效的薄膜太阳电池。分析了柔性CIGS薄膜太阳电池的结构、衬底材料的选择、扩散垒的作用、吸收层和缓冲层的制备和特性,介绍了不锈钢箔、铝箔聚酰亚胺等柔性衬底CIGS薄膜太阳电池的研发情况,最后展望了柔性CIGS薄膜太阳电池的应用前景。     

裂解硒技术及在CIGS薄膜太阳电池中的应用

普通Se源提供的硒蒸气主要由活性较低的Sen大原子团构成(n≥4),这不利于生长高质量的CIGS薄膜。理论计算表明,等离子体裂解Se蒸气技术和热裂解Se蒸气技术均可以提供足够的能量使Sen大原子团裂解为高活性的Se2或Se。实验证明,裂解Se技术显著降低了CIGS薄膜生长过程中Se原料的使用量。高化学活性的硒蒸气使生长CIGS薄膜的动力学过程发生变化,显著改善了低温沉积CIGS薄膜性质,在一定程度上提高了相应的电池性能。因此,裂解Se蒸气技术在聚酰亚胺(PI)衬底CIGS薄膜太阳电池的研究及组件产业化领域具有很好的应用前景。     

ZAO特性及其在CIGS电池中的应用

透明导电氧化物薄膜(Transparent Conductive Oxides,简称TCO)用途广泛,介绍了TCO应用于光伏领域中的铜铟镓硒薄膜(CIGS)太阳电池,是CIGS太阳电池中不可缺少的一部分。简要阐述了其可见光范围内的透明性和导电性及其成因,以及作为CIGS薄膜太阳电池中窗口层的作用。将ITO和ZAO透明导电薄膜在CIGS太阳电池的应用进行相比,以掺铝的氧化锌(ZnO∶Al简称ZAO)透明导电薄膜为例,对其性能、制备方法及过程进行了简要阐述,并概括了大面积ZAO薄膜的性能。     

Cu(In,Ga)Se_2薄膜太阳电池研究进展(I)

Cu(In,Ga)Se2(CIGS)是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有黄铜矿晶体结构,以它为吸收层的太阳电池称为CIGS薄膜太阳电池。此电池具有如下特点:(1)光电转换效率高。     

薄膜太阳电池研究进展和挑战

近十几年来,由于一系列新材料、新结构和新工艺的引入,传统薄膜太阳电池技术,如非晶硅(a-Si)、碲化镉(Cd Te)、铜铟镓硒(CIGS)都得到显著的提高,一些新兴薄膜太阳电池技术,如金属卤化物钙钛矿(metalhalide perovskite,PSC)、铜锌硒硫(CZTS)、硒化锑(Sb_2Se_3)也得到快速发展。其中CdTe、CIGS、PSC薄膜太阳电池的转换效率都大于22%。CdTe、CIGS薄膜太阳电池的产业化和规模应用也取得了很大的进展。薄膜太阳电池技术经过这十几年的研究,厚积薄发,为今后的进一步发展打下了更加坚实的基础。文中选取a-Si、CdTe、CIGS、PSC薄膜太阳电池的主要技术进展、发展趋势、产业化现状和面临的挑战进行论述。     

化学水浴法制备大面积CdS薄膜及其性能研究

采用化学水浴法在聚酰亚胺(PI)衬底上沉积铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池的缓冲层Cd S薄膜。研究了反应溶液浓度和沉积时间对大面积Cd S薄膜表面形貌和晶体结构的影响,优化了化学水浴沉积大面积Cd S薄膜工艺。采用5×10-3mol/L的(CH3COO)2Cd、0.05 mol/L的SC(NH2)2、1.5×10-2mol/L的CH3COONH4、6.5×10-3mol/L的NH3·H2O配置的反应溶液,75℃恒温水浴,沉积时间10 min作为工艺条件,在CIGS吸收层上沉积了面积为30 cm×30 cm、具有较好结晶质量的Cd S薄膜。在此基础上完成柔性CIGS薄膜太阳电池制备,在AM 1.5,25℃条件下,面积约为2.5 cm2的柔性CIGS薄膜太阳电池最高光电转换效率达到9.12%。     

基于CIGS薄膜太阳电池组件内级联工艺研究

采用532 nm激光一次完成P1、P2和P3三道划线,实现了柔性铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池组件的内级联。通过设计了P1、P2无缝连接结构,选择合适的绝缘、导电浆料,优化级联划线工艺,使单节子电池的死区总宽度减小到约450μm,并对激光划线的可靠性进行了评估。     

非平面碲硒镉薄膜太阳电池组件制备研究

随着光伏技术日益进步,其应用场景愈加细分,一些场景需要使用非平面光伏电池组件以兼顾其功能性与美观需求。基于顶衬碲硒镉薄膜太阳电池结构特点,利用玻璃热弯技术,在常压环境且充保护气体的管式炉中直接对顶衬碲硒镉薄膜太阳电池小面板进行热弯,制备了非平面顶衬碲硒镉薄膜太阳电池小组件,使用I-V测试仪对其热弯前后I-V特性进行了研究。结果表明,热弯温度为610℃时,小组件的V_OC、J_SC、FF和效率与热弯前相比未见明显衰减,热弯温度为630℃时,小组件仍能保持约10%的光电转化效率。该研究证明,当应用场景需要非平面光伏电池时,通过直接热弯顶衬碲硒镉薄膜太阳电池面板制备非平面碲硒镉太阳电池组件是可行的,这为非平面碲硒镉太阳电池组件产业化提供了一种制备方法。     

铜铟(镓)硒薄膜太阳电池吸收层制备研究

铜铟(镓)硒(CIGS)薄膜太阳电池有非常高的理论转化效率,吸收系数高,稳定性好,对材料缺陷的容忍度高等优点成为了近年来电池研究的热点。介绍了目前国内外制备CuIn(Ga)Se薄膜的方法,包括真空蒸法,溅射法、电沉积法,溶剂热法,溶胶凝胶法等,阐述了每种方法制备出的铜铟(镓)硒薄膜的组成、微观结构、光伏性能及它们之间的联系。     

CIS(CIGS)薄膜在乙醇中的一步电沉积制备

利用一步电沉积法在乙醇溶液中制备出CIS和CIGS前驱体薄膜,并在氩气氛中进行550℃、30 min的热处理。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及自带能谱仪(EDS)对薄膜进行测试表征,并对电沉积CIS(CIGS)薄膜的机理进行了初步探讨。结果表明热处理后的薄膜物相纯净且结晶度高,表面致密、均匀,EDS分析表明所制备的CIGS薄膜为轻微贫铜膜,原子比[Ga]/([In]+[Ga])为0.24,分布在高效太阳电池所需比值范围内。     

Culnse_2/CdS薄膜太阳电池的制备工艺

分别用三源共蒸发法和双源共蒸发法制备出CuInSe_2(简称CIS)膜和CdS膜,p型CIS与n型CdS组成异质结太阳电池.提高此种太阳电池性能的关键是必须严格控制工艺条件使CIS膜达到合适的组分比和电阻率.在空气中退火能大幅度提高太阳电池性能.     

新型高效率钙钛矿型太阳电池研究进展

钙钛矿型太阳电池(PSCs)近年来发展迅速,实验室中的电池器件效率已经超过22%,而大面积电池的效率也已经逼近20%,因而在新型光伏电池领域受到越来越广泛的关注。总结和介绍了国际国内最新的高效率钙钛矿型太阳电池的制备方法,包括电池结构、薄膜制备、成分调控等方面的优化;同时对大面积钙钛矿型太阳电池的研究工作也进行了介绍和分析。