CIS类薄膜光伏电池吸收层及缓冲层材料的制备与研究Word下载.docx
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摘要
太阳能是“取之不尽，用之不竭＂的清洁和可再生能源。
铜铟硒类薄膜太阳能电池
具有优异的光电转换性能而受到广泛关注。
ＣｕｌｎＳｅ２（简称ｃＩｓ）是一种直接带隙材料，其光吸收系数高达１０５数量级，是目前己知光吸收性最好的半导体薄膜材料之一。
ＣＩＳ类薄膜太阳能电池以ＣＩＳ为吸收层、以ＣｄＳ为缓冲层，光电转换效率较高。
太阳光的最佳吸收能隙在１．４５ｅＶ，ＣｕＩｎＳｅ２的带隙为１．０４ｅＶ，为了提高带隙宽度，通常掺入Ｇａ，形成ＣｕＩｎＧａＳｅ四元化合物。
鉴于Ｉｎ和Ｇａ均为昂贵金属，本文通过在ＣＩＳ中掺入廉价的金属ｍ形成ＣｕＩｎＡｌＳｅ（Ｃ认Ｓ），改变材料的禁带宽度，以提高太阳能电池的转换效率。
缓冲层ＣｄＳ中的Ｃｄ有毒，本文制备无毒的ＺｎＳ替代ＣｄＳ做为太阳
能电池的缓冲层材料，对环境保护有利。
本文首先在玻璃衬底真空上蒸镀Ｃｕ．Ｉｎ和Ｃｕ－Ｉｎ－Ａｌ金属多层膜以及后硒化退火的方
法，制得了ＣＩＳ和ＣＩＡＳ薄膜。
然后以ＺｎＳ０４?
７Ｈ２０和ＣＳ（ＮＨ２）２为原料，以ＮＨ３?
Ｈ２０
为络和剂，用化学水浴沉积法（ＣＢＤ）制得了ＺｎＳ薄膜。
进而，对制得的样品用Ｘ射
线衍射仪（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）、能谱仪（ＥＤ）（）、四探针电阻测试仪、分光光度计等进
行了检测，并对结果进行了分析。
吸收层电性能测试结果显示，ＣＩＳ薄膜的电阻率在３．６８×
１０４Ｑ?
ｃｍ与１．８９
Ｑ?
ｃｍ
之间。
当Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｅ的比例在１：
１：
２附近时，薄膜样品的电阻率在１．０Ｑ?
ｃｍ数量
级，ＣＩＡＳ薄膜的电阻率较ＣＩＳ薄膜的低，最高为０．６６×
１０ｄＱ?
锄。
ＳＥＭ观察发现ＣＩＳ薄膜样品的形貌随各元素比例不同而有差异。
在化学计量比附近，富Ｃｕ的样品晶粒较大。
ＸＲＤ物相分析显示，在化学计量比附近能够获得单一物相的ＣＩＳ多晶薄膜，砧替代部分Ｉｌｌ后，ＣＩＡＳ保持了黄铜矿型结构。
分光光度计检测结果显示，两种薄膜样品的
透光率在５％以下。
ＳＥＭ观察发现，ＺｎＳ薄膜表面形貌呈球形，颗粒细小；
四探针电阻测试显示ＺｎＳ
薄膜的电阻率大于１．ＯｋＱ?
ｃｍ，这样的电阻率满足制作太阳能电池的要求。
ＸＲＤ物相
分析显示，ＺｎＳ薄膜呈非晶或微晶状态。
分光光度计检测说明ＺｎＳ薄膜样品的透光率在可见光波段大都在８０％以上，其性能均显示了ＺｎＳ薄膜适于做太阳能电池缓冲层材料。
关键词：
ＣＩＳ，ＣＩＡＳ，太阳能电池，硒化
大连交通大学工学硕士学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｅｎｅｒｇｙｃｒｉｓｉｓａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｈａｖｅｗｏｒｌｄｅｃｏｎｏｍｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｏｌａｒｅｎｅｒｙａｌｗａｙｓａｖａｉｌａｂｌｅｆｏｒ、析ｔｌｌｉｎｔｏ
ｃａｎ
ｂｅｃｏｍｔｈｅ
ｐｒｉｎｃｉｐａｌｍａｔｔｅｒｔｏｔｈｅｍｏｄｅｍ
ｂｅｓｅｅｎ勰ｉｎｅｘｈａｕｓｔｉｂｌｅｉｎｓｕｐｐｌｙａｎｄ
ｕｓｅ，ｃｏｍｐａｒｅｄ晰ｔｌｌ
ｆｏｓｓｉｌｆｕｅｌ，ｓｏｌａｒｅｎｅｒｙｈａＳｔｈｅｓｐｅｃｉａｌａｄｖａｎｔａｇｅｓ
ｃｌｅａｎａｎｄ
ｒｅｎｅｗａｂｌｅ．ＴｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｈａＳｂｅｃｏｍｅｔｈｅｆｏｃｏｕｓｆｏｒｉｔｓａｂｉｌｉｔｙｔｏｃｏｎｖｅｒｔｌｉｇｈｔ
ａ
ｅｌｅｃｔｒｏｃｉｔｙ．ＣｕＩｎＳｅｚ（ＣＩＳ）ｉｓ
ｋｉｎｄｏｆｄｉｒｅｃｔ
ｂａｎｄ
ｇａｐｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｔｓ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅａｃｈｅｄ１０’，ｉｓ
ｔｈｅｈｉｇｈｉｓｔｉｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄｉｔｓ
ｍａｋｅＣＩＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｔｈｅｆｏｃｕｓ
ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｈｉ曲ｔｏｏ，ｗｈｉｃｈ
ｉｎｐｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｆｉｅｌｄｓ．
ＣＩＳｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓ，ｉｅ．ｓｅｌｅｎｙｌａｔｉｏｎｉｓｄｏｎｅｆｏｒｔｈｅＣｕ－Ｉｎｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｄｅｐｏｓｉｔｅｄ
ｏｎ
ｇｌａＳｓｓｕｂｓｔｒａｔｅｖｉａｖａｃｕｕｍｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ＺｎＳｔｈｉｎｆｉｌｍｉｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙＣｈｅｍｉｃａｌ
ａＳ
ＢａｔｈＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＢＤ），ｕｓｅｄＺｎＳ０４?
７Ｈ２０ａｎｄＣＳ（ＮＨ２）２鹄ｃｏｍｐｌｅｘｉｎｇ
ｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
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ａｇｅｎｔ．ＳＥＭ，ＸＲＤ，Ｆｏｕｒ
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ｐｒｏｂｅ
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Ｔｈｅ
ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆＣＩＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｒａｎｇｅｄｆｒｏｍ３．６８
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Ｘ１０‘４Ｑ?
ｃｍｔｏ１．８９
ｆ】?
ｃｍ，ｗｈｅｎｔｈｅ
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅｉｓ
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ｃｍｍａｇｎｉｔｕｄｅ．Ｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ
ｏｆＺｎＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｌｋＱ?
ｃｍ，ｔｈｉｓｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍｏｎｄｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｏｌａｒｃｅｌｌ．ＴｈｅＸＲＤ
ａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗ：
ｓｉｎｇｌｅｐｈａＳｅ
ＣＩＳ
ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｃｏｕｌｄｂｅｐｒｅｐａｒｅｄｉｆｔｈｅ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓａｂｏｕｔｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃｒａｔｉｏ，ＺｎＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｈａｄ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｆａｒｍｐｈｏｕｓ
ｏｒ
ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ．ＳＥＭｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｈｏｗｅｄ：
ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ嬲ｔｈｅ
ｏｆＣＩＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｉｓ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｄ，ｔｈｅ
ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＺｎＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｈａｄ
ｓｈａｐｅｏｆｂａｌｌ，
ａｎｄｉｔｓｇｒａｉｎｓａｒｅｆｉｎｅ．Ｔｈｅ
ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ
ｏｆＣＩＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｉｎｖｉｓｂｌｅｓｐｅｃｔｒｕａｌｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ
ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ
５％，ａｎｄ
ｔｈａｔｏｆＺｎＳｉｓｈｉｇｈｅｒ
ｔｈａｎ８０％．Ａｌｌｔｈｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｓｈｏｗｅｄｔｈｅｙａｒｅ
ｐｒｏｍｉｓｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｉｎｓｏｌａｒ－ｃｅｌｌ—ｍａｎｕｆａｔｕｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄ：
ＣｕｌｎＳｅ２ｔｈｉｎｆｉｌｍ；
ｓｏｌａｒｃｅｌｌ；
ｓｅｌｅｎｙｌａｔｉｏｎ
Ⅱ
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文。
、一．。
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。
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学位论文作者张主。
ｊ毛之锄鲐蘑袍
日期：
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＿丫年歹月午日
学位论文作者毕业后去向：
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邮编：
加扩年ｒ月夕。
日
大连交通大学学位论文独创性声明
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及取得的研究成果。
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与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
本人安全意识到本声明的法俘效力，申请学位论文与资料若有不‘…一¨
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实之处，由本人承担一切相关责任。
学位论文作者签名：
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第一章绪论
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能源是现代社会存在和发展的基础和动力。
人类社会要实现可持续发展，面临着巨
大的能源的挑战，目前，人类社会能源消费的构成以不可再生能源为主。
化石能源的应用为现在经济社会的发展做出了巨大的贡献，同时也带来了一系列环境问题：
全球性温室效应使地面气温升高、空气污染，干旱、荒漠化、风暴和海平面上升，废气、废液、废物等大量排放，自然资源大量浪费，造成人类环境的严重污染。
随
着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显。
根据（ＢＰ世界能源统计２００６））的统计
数据，全球石油探明储量可供生产４０多年，天然气和煤炭分别可以供应６５年和１５５年。
在化石能源供应日趋紧张的背景下，世界各国均努力寻求稳定充足的能源供应，其中大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要部分。
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源也提出越来越高的要求，新能源要同时
符合两个条件：
一是蕴藏丰富不会枯竭；
－－是安全、洁净，不会威胁人类和破坏环境。
科学家们为了环保正在开发清洁的再生能源以降低温室效应，而太阳能就是一种最重要的
可再生能源之一。
从理论上看，太阳能每秒钟到达地面的能量高达８０万千瓦，如转化
为电能，则每年的发电量相当于目前世界上能耗的４０倍。
太阳能具有许多优点：
太阳能随处可得，数量巨大，无需运输；
取之不尽，用之不竭的可再生性；
既清洁又安全、无污染，也不会影响生态环境。
最重要的是太阳能发电可以将太阳光能直接转化为电能，是太阳能利用研究中最重要的研究领域之一。
因此，开发利用太阳能成为世界各国可持续发展能源的战略决策，无论是发达国家还是发展中国家均制定了中长期发展计划，把光伏发电作为人类未来能源的希望。
从世界可再生能源的利用与发展趋势看，风能、太阳能和生物质能发展最快，产业
前景最好，其开发利用增长率远高于常规能源。
各国市场均给予太阳能发电相关公司较高的估值水平，从一个侧面也反映出各国投资者对这一产业发展前景乐观的预期。
我国太阳能发电产业正处在成长初期，发展前景广阔。
我国太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。
我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。
我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持，先后出台了一系列法律、政策，有力的支持了产业的发展。
１．１太阳能电池的发展历程
太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的功能元件。
早在１８３９年，法国科学家比克丘勒就发现将一种半导体电极插入某种电解液中，在太阳光照射的作用下，电极产生电流，即光电转转换现象，同时从电解液中释放出氢气。
适合作这种电极的材料很多，如硫化镉、碲化镉、砷化镓、磷化镓、磷化铟、二氧化钛等。
１８７６年，科学家发现了第一种能产生显著光电效应的固体材料一Ｓｅ，相继又发现了氧化亚铜也有此效应。
从而表明半导体材料是进行光电转换的最理想的材料【ｌＪ。
１９５４年美国贝尔研究所的Ｐｅａｒｓｏｎ，Ｃｈａｐｉｎ，和Ｆｕｌｌｅｒ首先应用这个原理试制成功
硅太阳电池，获得４．５％光电转换效率的成果【２ｊ。
早期的太阳能电池主要应用在航天领域，
１９５８年，美国的“先锋一号”人造卫星就是用了太阳能电池作为电源，成为世界上第一个用太阳能供电的卫星，空间电源的需求使太阳电池成为了尖端技术。
我国１９５８年开始进行太阳能电池的研制工作，并于１９７１年将研制的太阳能电池用在了发射的第二颗卫
星上ｆ３】。
光伏电池的发展经过了几十年，历经了三个主要阶段【４Ｊ：
第一代太阳能电池，即单晶硅光伏电池，这标志着太阳能开始借助人工器件直接转化为电能。
这是世界能源界的一次新的飞跃。
其后短短的半个世纪中，它以日新月异的速度飞跃发展。
目前已成为空间卫星的基本电源和边远地区及特殊领域的重要电源。
高效单晶硅电池效率已达２４．７％嗍（澳大利亚）、美、日、德也达２３％。
但是成本较高，加工复杂。
第二代太阳能电池，即薄膜太阳能电池，是在８０年代末９０年代初开发，并取得了令人瞩目的成绩。
主要有：
多晶硅薄膜、ＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＡｓ／Ｇｅ、ＩｎＰ／ＩｎＰ、ＩｎＰ／Ｓｉ、碲化镉（ＣｄＴｅ）、铜铟硒化物（ＣＩＳ）薄膜和染料Ｔｉ０２电池等。
ＧａＡｓ系列的光伏电池效率高（大于３０％），但造价太高，仅适用于航天系统。
镉系（ＣｄＴｅ，ＣｄＳ）电池有较高的效率（约１６％），但稳定性差，制造时难以保证质量和低价格。
ＣＩＳ薄膜电池最高效率可达２１．５％，但成本高，难制作。
非晶硅的来源较广，但是转换效率低，一般只有１０％以下。
非晶体硅多结电池效率可达１５％，但制作大面积薄膜尚存在一些技术上的和成本上的问题【２】。
第三代太阳能电池：
它突破了第一，二代的基本原理。
根据理论计算，太阳的热动力学转换效率限于９３％，对于有限数量的光伏电池组，太阳能的直接转换效率可为８６．８％，因此，光伏电池具有很大的发展潜力。
不同于单结的器件，集合堆垛电池（ｔａｎｄｅｍ
ｓｔａｃｋｓｏｆｓｏｌａｒ
ｃｅｌｌｓ）具有不同的能带间隙，可以运用低维纳米结构材料、量子阱、量子线、
量子点及超晶格、多层膜的特殊性能，以及半导体的杂质工程，人工制造出高效，低价，适用的光伏材料及器件【４】。
２
１．２ＣＩ
Ｓ太阳能电池的发展历史和研究现状
１．２．１国外ＣｌＳ太阳能电池的发展历史和现状
自１９７４年ＢＥＬ实验室开发出单晶ＣｕＩｎＳｅ２以来【５】，ＣｕＩｎＳｅ２的转换效率逐渐提高，逐渐引起光伏界的关注。
１９７６年美国Ｍａｉｎｅ州大学首次开发出ＣＩＳ薄膜太阳电池，转换效率达６．６％１６１。
１９８２年，Ｂｏｅｉｎｇ公司通过蒸发Ｃｕ，ＩＩｌ，Ｓｅ制造出的电池效率超过１０％。
１９８３年，ＡｒｃｏＳｏｌａｒ提出新技术——硒化法，该项技术简单，廉价，是制作ＣＩＳ电池最
重要的技术之一。
１９８８年，ＡｒｃｏＳｏｌａｒ开发出转换效率为１１．１％的ＣＩＳ电池，这是转换
效率首次超过１０％并且显示了其长期的稳定性。
１９９４年，瑞典皇家技术学院报道了效
率为１７．６％，面积０．４ｃｍ２的ＣＩＳ太阳电池，创造了当时的世界记录，并且标志了ＣＩＳ太阳电池工业开发的良好前景【７吲。
在２０世纪９０年代，日本和欧美在ＣＩＧＳ太阳能电池的研究方面投入大量人力物力，
ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池得到长足的发展。
日本ＮＥＤＯ从１９９４年启动ＣＩＧＳ产业化开发项目，由昭和壳牌石油和松下电器分别
以溅射硒化工艺和共蒸发工艺为中心进行研发，研究开发总投资达到２００亿日元（相当
１４亿人民币）以上；
２００２年８月，昭和壳牌石油公司已经完成技术开发，其１０ｋＷ的中试生产线已经开始生产，技术路线以Ｃｕ、１１１、Ｇａ溅射成膜，Ｈ２Ｓｅ硒化，３４５９ｃｍ２组件转换效率１３．４％。
准备建设１０＂－２０ＭＷ级生产线，预定２００５年向市场提供商用ＣＩＧＳ太阳能电池。
日本本田公司也宣布完成了ＣＩＧＳ的产业化开发，并宣称将来本田的工厂用电力的２０％＇－－＇３０％将使用太阳能，给太阳能电池业界带来很大冲击【９＿ｌｏ】。
２０００年，ＳｈｅｌｌＳｏｌａｒ（美）声明可以在１～３年之内提供商用ＣＩＧＳ组件，Ｓｈｅｌｌ
ｓｏｌａｒ
公司２００４年生产的模块效率稳定平均在１１％～１１．５％之间，试产的合格成品率在８０％以
上。
同时ｓｈｅｌｌｓｏｌａｒ在其ｃａｍａｒｉｌｌｏ模块制造大楼中建造了世界最大的屋顶薄膜光伏系统是ＣＩＳ系统，其功率达到２４５ｋＷｐ。
美国ＩＮＲＥＬ在２００３年１１月取得的ＣＩＧＳ太阳能电池的最高转换效率为１９．２％。
美国日星技术公司（ＤａｙＳｔａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）因ＣＩＧＳ光伏电池
获得２００５年度技术创新奖，在美国国家可再生性能源实验室，日星太阳能电池公司示范了它的薄膜电池，其光电转化效率为１６．９％，这一结果高于所有非晶体类太阳能电池，同时在洁净能源市场领域有很高的竞争力，福斯特和苏利文研发中心的分析员克里斯南
评价说：
日星的合金ｆｌ卜１２】。
２０００年，德国的ＷｕｒｔｈＳｏｌａｒ开始制造ＣＩＧＳ太阳能电池组件，ＷｕｒｔｈＳｏｌａｒ的试产
稳步发展，试产线在２００４年成功持续以最大产量生产。
性能最好的标准模块６０ｃｍＸ１２０ｃｍ功率达到８５Ｗｐ，其对应的块效率达到１３％。
他们的技术路线是Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ共蒸发，并进行２次硒化。
值得自豪的是ＷｕｒｔｈＳｏｌａｒ公司在德国的一所学校的屋顶上
大连交通大学丁学硕十学位论文
设置了一个５０ｋＷ的ＣＩＧＳ组件发电系统，是现在世界上最大的ＣＩＧＳ发电系统。
瑞典
的Ｕｐｐｓａｌａ大学研制的小型ＣＩＧＳ太阳能电开始在欧洲销售ＣＩＧＳ太阳能电池组件（６０ｃｍ×
１２０ｃｍ），平均转换效率８．５％，２００２年末产量达到１．２ＭＷ，生产能力达到３ＭＷ／年ｔ１３－１４１。
１．２．２国内ＣＩＳ太阳能电池的发展历史和现状
与国际上研究开发的力度和规模相比较，国内对ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池的研究相对要落后许多。
我国南开大学、内蒙古大学和云南师范大学等单位于８０年代中期先后开展了ＣＩＳ薄膜电池研究，目前国内研究水平最高的是南开大学，其采用蒸发硒化法制备的ＣＩＳ薄膜电池效率在２００３年达到了１２．１％，２００４年又取得了新的进展，铜铟硒薄膜电池光电转换效率超过１４％，大幅度提高了工艺的重现性，转换效率在９％～１３％范围内的成品率达到８５％以上：
而全国以产业化为目的的研究项目也只有南开大学光电子所
的以能源技术领域后续能源为技术主题的太阳能薄膜电池“８６３＂项目“ＣＩＧＳ”课题。
近
期国内也有一些单位特别是清华大学、北京大学等高校也在从事或准备从事ＣＩＳ、ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池方面的研究工作，但是研究水平与国外差别仍然不小。
从目前国内的太阳能电池生产情况看，所引进的生产线大多是硅基太阳电池的生产线，还没有一条ＣＩＳ电池的生产线。
因此还有巨大的市场潜力Ｉｌ孓１６。
在中国产业界，也有一些企业已经涉足薄膜太阳能电池领域，以玻璃生产和玻璃深加工为主业的山东威海的蓝星公司一直希望介入太阳能电池行业，并在大量调研充分论
证的基础上提出从美国ＴｅｒｒａＳｏｌａｒ公司引进两条２．５ＭＷ，光电转化效率大于８％，最终
能达到１４％的ＣＩＧＳ太阳能生产技术和设备。
并在２００４年１２月已经签署相关合同。
同时蓝星计划与清华大学功能薄膜实验室成立联合研究中心，一方面消化国外ＣＩＧＳ太阳能电池的相关技术，同时研究ＣＩＧＳ太阳能技术领域的关键技术。
安泰股份也已经与德国一家公司签约，在德国公司拥有的在金属带材上采用电镀法制备铜铟硒太阳能电池技术的基础上共同合作开发相关的技术，以此契机介入太阳能电
池生产领域。
广西地凯股份有限经过调研与分析，也决定与清华大学合作研究开发ＣＩＧＳ太阳能
电池，并最终能生产ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池，现已经投入一定的研究费用和设备费用。
一直生产非晶太阳能电池的深圳拓日也计划通过引进日本的技术生产ＣＩＧＳ薄膜太阳能
电池【１６１。
１．３太阳能电池的原理‘１７吨２３
光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同
部位之间产生电位差的现象。
产生这种电位差的机理有好几种，主要的一种是由于阻挡
４
层的存在。
以下以Ｐ－Ｎ结为例说明。
１．热平衡态下的Ｐ－Ｎ结
（１）卜Ｎ结的形成：
同质结可用一块半导体经掺杂形成Ｐ区和Ｎ区。
由于杂质的激活能量△Ｅ很小，在
室温下杂质差不多都电离成受主离子ＮＡ‘和施主离子ＮＤ＋。
在ＰＮ区交界面处因存在载流
子的浓度差，故彼此要向对方扩散。
设想在结形成的一瞬间，在Ｎ区的电子为多子，在Ｐ区的电子为少子，使电子由Ｎ区流入Ｐ区，电子与空穴相遇又要发生复合，这样在原
来是Ｎ区的结面附近电子变得很少，剩下未经中和的施主离子ＮＤ＋形成正的空间电荷。
同样，空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，由不能运动的受主离子ＮＡ－形成负的空间电荷。
在Ｐ区与Ｎ区界面两侧产生不能移动的离子区（也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层），于是
出现空间电偶层，形成内电场（称内建电场），此电场对两区多子的扩散有抵制作用，
而对少子的漂移有帮助作用，直到扩散流等于漂移流时达到平衡，在界面两侧建立起稳
定的内建电场。
圈圈园圃乓＝＝笤，——一
嚣１万一＝焉＝跏
可ｆ）ｒ
●
，露
．力
图Ｉ．１热平衡ＦＰ＿＿Ｎ结模型及能带图
Ｆｉ９１．１Ｔｈｅ
ＰＮｊｕｎｃｔｉｏｎ
ｍｏｕｄｌｅａｎｄｅｎｅｒｇｙｂａｎｄａｔｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ
（２）Ｐ—Ｎ结能带与接触电势差：
在热平衡条件下，结区有统一的ＥＦ）在远离结区的部位，Ｅｃ、ＥＦ、Ｅ，之间的关系
与结形成前状态相同。
从能带图看，Ｎ型、Ｐ型半导体单独存在时，ＥＦＮ与ＥＨ）有一定差值。
当Ｎ型与Ｐ型两者紧密接触时，电子要从费米能级高的一方向费米能级低的一方流动，空穴流动的方向相反。
同时产生内建电场，内建电场方向为从Ｎ区指向Ｐ区。
在内建电场作用下，ＥＦＮ将连同整个Ｎ区能带一起下
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