前言
近年来，光伏工业呈现加速发展的趋势，发展的特点是：产量增加，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。
1、 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。最主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，主要目的是增加带隙。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。 为了增加光的入射率，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），主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主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，以增加上下层之 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 之间带隙的不连续性， 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。i-Zn0 和 CdS 层作为电池的 n 型层，同 P 型 CIGS 半导体薄膜构成 p-n 结。 吸收层 CIGS（化学式 Cu 工 nGaSe2）是薄膜电池的核心材料，属于正方晶系黄铜矿。 具有复式晶格 ，晶格常数 a=0.577nm， 作为直接带隙半导 c=1.154nm。 体，其光吸收系数高达 105 量 级（几种薄膜太阳能材料中较 高的）。禁带宽度在室温时是 1. 04eV，电子迁移率和空穴迁移 率分别为 3.2×102（cm2/V·S） 和 1×10 （cm2/V·S）。现在真 空工艺制备的收层薄膜，一般 是多晶结构，其迁移率相对较 小，大约是 0. 1 ~20 （cm2 / V·S ）。空穴浓度在 1014cm-3 和 4×1020cm-3 之间， 电子浓度 在 5×1015cm-3 到 7×1020Cm13 范围。通过掺入适量的稼以替代部分 In，形成 CuInSe2 和 CuInGa2 的固熔晶体，表示为 Cu（In1-xGax）Se2 （简称 CIGS）}嫁的掺入会改变晶体的晶 格常数，改变了原子之间的作用力。最终实现了材料禁带宽度的改变，在 1. 04～1. 7eV 范围内可以根据设计调整，以达到最高的转化效率。