CIGS知识文档格式.docx

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在晶体晶界或

缺点中掺入浓度不超过1%的Na，能够优化晶体各项参

数，并将电池转换效率提高1％～2%。

美国GlobalSolar公司、ShellSolar公司和德国Wü

rth

Solar公司等是世界上CIGS薄膜材料太阳电池组件及其工

业化开发的中坚力量，并实现了由刚性衬底向高效率、

低本钱柔性衬底的转化。

铜铟镓硒系薄膜材料的下一步

技术研究重点是吸收层CIS（或CIGS、CIGSS）材料带隙的

调整技术，吸收层、窗口层与导电层的界面匹配，晶界

势垒的电子行为与器件性能的彼此关系和大面积均匀

的CIS（或CIGS、CIGSS）、CdS、ZnO等高质量薄膜的成

膜技术及工艺稳固性的探讨。

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ化合物作为太阳电池的半导体材料，具有

价钱低廉、性能良好和工艺简单等优势，将成为尔后太

阳电池进展的一个重要方向。

但是，由于铟和硒都是比

较稀有的元素，材料来源成为进展的瓶颈之一。

还有其

它一些Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ化合物，如CuGaSe2和CuInS2等也成为近

年来的研究方向。

有机聚合物材料

有机聚合物材料具有柔性好、重量轻、本钱低、制

作容易、光谱响应宽、材料来源广等优势，因此对大规

模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。

有机太

阳电池的研究始于上世纪80年代初期，通过20连年的

太阳能电池厂商Nanosolar近日展现了每分钟可打印100英尺太阳能电池的技术。

该公司表示，基于该技术太阳能电池的产量可提高至1Gigawatt（相当于10亿瓦）。

“现有的太阳能电池生产线的生产能力在1000万瓦至3000万瓦之间，无法与Nanosolar的打印太阳能电池进行竞争”

Nanosolar此刻的目标是为德国东部的一个太阳能公园生产所需太阳能电池，而这种太阳能电池的转化效率大约为14%。

国Nanosolar发布全世界第一次利用印刷技术量产CIGS（铜铟镓硒）型太阳能电池模块，并已开始供货。

新电池模块的特点是生产本钱超级低，每瓦发电量所需面积的本钱仅美元。

Nanosolar是一家位于硅谷的风险企业，因为投资者是美国谷歌的开创人而闻名。

假设能够顺利扩大量产规模，很有可能会大大改变尔后的太阳能电池产业。

　　CIGS型太阳能电池是一种备受注目的薄膜太阳能电池技术，将来很可能会实现可匹敌多晶硅太阳能电池的转换效率。

目前，HondaSoltec和昭和壳牌石油尽管也已经开始批量生产，但利用的是玻璃底板。

　　此次，Nanosolar利用金属箔作为底板，利用卷对卷式印刷技术制造了CIGS型太阳能电池。

“通过5年的开发与实验，此刻终于最终能够推出产品、收回开发本钱了”（Nanosolar）。

该产品除本钱低这一特点外，“发电取得的电流值比目前其他的薄膜太阳能电池大5倍”（Nanosolar）。

NANOSOLAR公司POWERSHEET太阳能电池

太阳能利用的新黎明 

　　想象一下，没有面板的太阳能电池会是什么样？

只有像油漆那样薄薄的一层材料，就能够吸收阳光并产生电流。

将这种薄薄的材料覆盖在屋顶和窗户上，你的屋子就能够实现能量的自给自足了，还能让你出售一些多余的电能也说不定。

如此，太阳能衡宇将不仅适用于那些日照强烈的发达国家，即便在印度、肯尼亚如此的国家，利用这种太阳能衡宇获取能量也会比烧煤更廉价。

　　薄膜太阳能电池技术已经问世数十年了，由于本钱和体积的缘故，这种技术问世时所提出的“让廉价的太阳能四处普及”的许诺始终没有兑现。

可是此刻，位于美国硅谷的NANOSOLAR公司开发出的新制造技术将让这一许诺变成现实。

这家公司生产的POWERSHEET太阳能电池是利用印刷机一样的设备，将一层吸收阳光的“太阳能墨水”铺设在铝箔一样薄的金属薄片上。

因此本钱只有今天薄膜太阳能电池的1/10，生产速度也能达到每分钟上百米。

在Google开创人和美国能源部2000万美元的资助下，NANOSOLAR公司的第一批产品今年走下了生产线。

　　NANOSOLAR公司的太阳能电池不需要硅，而且由于能高效地持续生产，其每瓦特能量的制造本钱不到美元。

“咱们能够成卷地‘打印’出这种产品，而且制造场所也不受限制。

你能够重型卡车上面、车库里面，在任何你需要的地址制造它。

”　　　　工作原理：

本质上，太阳能电池是半导体材料——将光子转换为电子——的复合体，周围包裹着一层层的电极。

NANOSOLAR公司生产的POWERSHEET太阳能电池采纳铝合金基板[A]支撑第一层电极，然后覆盖上一层钼[B]。

光子打在半导体[C]上，造成电子迁移。

P型和N型半导体的接面层[D]将电子传送到氧化锌电极[E]。

电子在驱动你的XBOX以后返回第一个电极，完成一次循环。

NANOSOLAR公司找到了完美的半导体涂料的配比，其生产的半导体涂料由铜、铟、镓和硒纳米粒子组成。

在涂在基板上以后，半导体涂料就会自动组合成一个整体，其厚度只有传统太阳能电池吸收层的1/100。

NanosolarPowersheet技术利用的不是通常的矽硅太阳能而是铜铟镓二硒（copperindiumgalliumdiselenide,CIGS）薄膜，应用到太阳能电板上确实是薄如油漆的一层，能够方便的安装在屋顶或门窗玻璃上，将太阳能转化为电能，Nanosolar利用分子自组成（molecularself-assembly）来生产CIGS微粒「墨水」，然后将墨水印刷到基板上。

这种技术最要紧的特点确实是廉价，经济性也是传统太阳能电池（矽硅）的最要紧的一个问题，

目前矽基太阳电池在全世界光伏（photovoltaic）市场的占有率达90%，Nanosolar并非唯一低本钱替代品的公司，美国Miasole也生产CIGS太阳电池，德国的Solarion与WurthSolar那么利用转换效率也不错的硒化铜铟（copper-indiumselenide,CIS），还有其他公司正在开发染料敏化太阳电池（dye-sensitizedsolarcells）─该装置是利用有机染料分子的光激发（photoexcitation），在氧化钛奈米微粒半导体层中产生电流。

—奈米電子週報

ProductionProcess

Eachofourproductionstepsisgearedtowardsachievinghighintrinsicthroughputsothatwecanproducesolarcellsandpanelswithsuperiorcostandcapitalefficiency:

1.NanoparticleInk.Nanosolarnanoparticlesshowntotherightare20nanometersinsize,equivalentto200atomsindiameter.Wehavedevelopedaproprietaryinkformulaandtechniquesforfabricatingournanoparticlesthatarenon-agglomeratingandthatproducehigh-qualitycoatings.

2.PrintedFoil.Thenanoparticleinkisprintedontoaspeciallypreparedproprietaryaluminummetalfoilusinghigh-throughputindustrialprintingtechniquesthatworkinnormalatmosphere,withnocleanroomrequired.

3.CellFormation.Theresultingtwokilometerlongrollofsolarcellsiscompletedbyaddingfingersandabackcontactcapableofefficientlycarryinghighcurrentwithminimalopticalandresistiveloss.Thesolar-electricfoilisthenslitandsheetedintopiecestoformindividualsolarcells.Cellsareindividuallytestedandsortedintoperformancebinsbasedonelectricallymatchedcharacteristics.

4.PanelAssemblyCellsareinterconnectedintoseriescircuitsand

依照国家实验室测算，薄膜领先的发明生产企业Nanosolar的（CIGS）已经达到了%的转化率。

德国弗劳恩霍夫所（ISE）也证明Nanosolar公司的可应用板的光转换率已经达到了%。

公司CEOGeoffTate说道：

“咱们打算尽可能生产低本钱高效太阳能光伏产品。

公司先进的CIGS技术、革新的电池板设计和合理的生产打算都使得咱们在维持项目本钱最小化的起点下降低了电池板花费。

” 

Nanosolar直接将其专有的CIGS印刷在低本钱箔上，较传统的高真空工艺而言本钱更低而效率更高。

NREL和ISE最近都已证明公司的太阳能光伏组件的光电转化率仅略低于14%。

公司示2020年秋季的产能可达到115MW。

目前公司输入的是转换率为10%、200W的电池板，打算一年内售出的产品转换率可达到12%。

为实现有效的废物处置和回收，公司也加入了欧洲光伏电池板回收组织，极力致力于回收太阳能电池板事项。

奇怪的是另一家美国公司ISET也发明了类似的CIGS电池油墨式生产技术　　商业化生产的电池转换率究竟有多少？

　　　　NanosolarPowersheet本质上是一种CIGS电池（铜铟镓硒），只不过改变了传统的复杂真空制造程序，采用类似油墨涂布式的制造方法（见图2）。

　　传统真空方式制造的CIGS实验室转换率最高可达20％左右，商业化生产的产品模块转换率大约可达13％左右。

Nanosolar宣称其Powersheet实验室产品转换率可达16％，不算很高，唯独对其商业化产品转换率缄舌闭口。

　　　　2.原料供应的问题，主要是I（铟）和S（硒）。

　　原料问题是CIS和CIGS电池大规模生产不可避免的致命因素，铟全世界储量约10万吨，硒约80万吨，均属稀有宝贵元素。

国外曾计算，如以效率10﹪的电池计算，人类如全面利用CIGS光电池发电供给能源，可能只有数年光景可用。

一旦大量生产这种电池，恐怕铟和硒就会涨到钻石的价钱上去，Nano宣称的低本钱也就不复存在。

显然，原料的珍稀事实上已经提早判定CIS和CIGS尔后只能成为目前太阳能电池的补充，而不能大规模应用成为主流。

　　此外，CIGS电池的缓冲层CdS有潜在毒害，　　油墨法涂在铝帕上的涂层是不是稳固维持25年，铝是不是比玻璃更好　　　　4.成本是否足够低？

4。

做在铝箔上，据我了解，铝箔若是薄的话，是容易有折痕的，电池的效率，电流的搜集会可不能受阻碍？

？

6。

Nanosolar所采用的技术路线所需要的大量的稀有元素，价格会不会因为它的量产而象火箭一样涨？

薄膜太阳能电池有许多不同的类型，如非晶硅（a-Si）、砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）、硫化镉（CdS）、铜铟镓硒（CIGS）化合物和多接面型式的薄膜太阳能电池，其中最具进展潜力之一的铜铟镓硒化合物所制备的薄膜太阳能电池，因拥有高光吸收率及为直接能隙半导体等优势，估量以后量产的半导体本钱大约为美元/瓦，因此，铜铟镓硒薄膜太阳能电池变成美日德等各国厂商的新宠儿，研发出如共蒸镀（Co-evaporation）、溅镀（Sputtering）等真空制程，和涂布制程（CoatingProcess）、电镀（Electrodeposition）等非真空制程。

采纳非真空制程其最终目的确实是为了取得高效率、大面积、低耗能、低本钱与可挠性的薄膜太阳能电池。

铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构CIGS薄膜太阳能电池的大体结构如图三所示，最底层为基材（Substrate），通常利用的材料为玻璃（Glass）或是具有可挠性的金属箔（如不锈钢箔、铜箔、铝合金箔）或一些高分子如Polyimide（PI），而基材上会溅镀一层约~μm之Mo背电极以利于电洞传导，往上即是CIGS光吸收层，此层约为~μm，再往上是约μm厚的n-type半导体CdS，此层也兼具缓冲层的功能，帮忙电子有效传导，再往上有一层约μm厚的n-typei-ZnO层，避免CIGS太阳能电池在进行发电进程中，因Shunting的问题致使组件效能下降，现在再溅镀上AZnO作为透明导电层窗口，此窗口层除作为上电极之外，尚须让阳光顺利通过此层抵达CIGS光吸收层；

最后镀上金属铝导线约μm，即组成一个铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

图三、铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构示用意目前CIGS层的镀膜技术有相当多种，要紧可分为共蒸镀（Co-evaporation）、溅镀（Sputtering）硒化（Selenization）等真空制程技术，和涂布制程（CoatingProcess）、化学喷洒热解法（ChemicalsprayPyrolysis）、电沉积（Electrodeposition）等非真空制程技术，化学喷洒热解法因有致密性较差及材料利用率较低等缺点，近来已较少利用，本文将针对涂布及电沉积制程做详细说明。

涂布制程CIGS隐秘的地方在于可采不同的前驱物而取得相同的结果，表一是国外采涂布制程做CIGS吸收层其所利用的涂布制程方式、前驱物浆料、硒化方式、基材与效率汇整表，目前以Nanosolar的效率最高，本文将针对较具代表性的公司及研究单位制程做较详细的说明。

表一、国外非真空CIGS薄膜太阳能电池制程与效率

图六、Nanosolar卷绕式传输制程机械部份图及硒化后的断面SEM2.ISET（InternationalSolarElectronicTechnology,Inc.）3.Unisun4.ETHZ（Eidgenö

ssischeTechnischeHochschuleZü

rich）ETHZü

rich是瑞士联邦技术学院的简称，此学院也研发出一种非真空的CIGS薄膜制程，利用传动带带动基板，在基板上涂布厚度约2μm凝胶制程，铜与镓的硝酸盐加上铟的氯化物，溶解于乙醇中，加上Ethylcellulose与1-Pantaol之奈米前驱物，此前驱物浆料利用溶胶−作为增稠剂进行涂膜，前驱物干燥后，在约550℃反映成为均匀且结晶性好的CIGS薄膜（如图十所示），此方式虽不需要真空的方式来制作此薄膜，可是在加热反映时仍是需要加热至550℃，且制造出来的太阳能电池也只有%的光电转换效率。

此制程涂布的均匀性、残碳量和反映事后的薄膜组成是不是均匀，都还需要去探讨改良以增进其效率。

新华网天津1月5日电（记者张建新）天津滨海新区的国家863铜铟镓硒薄膜太阳电池中试基地中试工艺设备与大面积材料和器件开发取得了进展，成功研制出有效面积为804平方厘米的玻璃衬底铜铟镓硒薄膜太阳电池组件，其光电转换效率为7％。

　　那个基地是由南开大学、天津保税区投资公司与南开大学孙云教讲课题组合作成立的。

该指标是由国家权威机构电子18所质量查验中心标准测试的结果。

　　这一功效说明，我国已大体把握了制造铜铟镓硒薄膜太阳电池设备、工艺，和电池组件制造的要紧核心技术，完成了实验室小面积太阳电池技术向大面积中试技术的跨越，为自主知识产权生产线开发奠定了良好的基础。

　　　　另外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是关于外观有较高要求场所的理想选择。

　　连年来德国、日本和美国投入巨资开发，目前只有德国Ｗü

ｒｔｈ　Ｓｏｌａｒ公司的15兆瓦生产线真正实现了大规模生产。

　　通过量年尽力，课题组自主开发了一系列薄膜沉积设备，攻克多项技术难关，成立了国际水准的实验平台，并在多方资助下完成了铜铟镓硒薄膜太阳电池中试厂房及各类配套设施建设，冲破多项关键技术瓶颈，完成了全套工艺流程的贯通，积存了大量的科学数据和体会。

图十、ETHZ奈米印刷式制程电沉积非真空成膜技术除涂布制程外，电沉积方式也相当受到重视，国外已有多家厂商踊跃投入，且已进入试量产时期，电沉积方式是产生CIS前驱物最快速的方式，但因电沉积进程中各元素的还原电位相差专门大，需外加错化物进行共镀，镀液治理较不容易，要单段电沉积CIS薄膜在量产考虑上可行性不高，因此目前均舍弃单段电沉积方式，改采2段电沉积Cu-Se、In-Se或分段电沉积Cu和In。

目前以电沉积方式成膜的厂商包括：

德国的CISSolartechnik、Ordersun（IST）、法国CNRS、美国SoloPower、InterphaseResearch等，以下针对各公司的进展现况做说明：

1.CISSolartechnik：

以电沉积方式制备CIS吸收层最踊跃的非德国莫属，目前CISSolartechnik已进入试量产时期，打算在2020年第三季兴修第一代产线。

以宽、厚的不锈钢箔或铜箔为基材，单边镀钼当背电极，经电解抛光处置后，电镀Cu、In，再蒸镀Se或S，最后再RTP处置形成CIS吸收层，估量2020年量产产能。

目前该公司发表的最高效率为%（1cm2）。

印刷式薄膜太阳能电池制程已经由ISET与Nanosolar两家公司实验证明，以CIGS为材料载具所开发出的最正确MiniCells效率可达到9~14%，优于硅薄膜太阳能电池。

在电沉积技术方面，德国Odersun、Solartechnik、美国SoloPower、法国科学研究中心（CNRS）等，MiniCells效率亦可达%。

非真空技术一旦能成功的推向产业化技术，必然带来革命性的冲击。

尽管CIS（或CIGS）进展已逾二十年，但非真空制程之成功开发约为近五年的事。

依美国NREL与太阳光电产业界的分析，由非真空制程制备CIGS太阳能电池最具量产、低本钱竞争潜力。

相关于其它已进展成熟的太阳能电池种类、制程，CIGS仍有许多IP空间，国内应踊跃投入此项技术开发，成立关键性技术。

Nanosolar公司，它研制出一种CIGS基墨水，并于近期开

发出了第一块电池板。

该公司称，他们已开发出一项较简单的印刷CIGS薄膜的技术，所制

电池效率较高，且生产成品率、材料利用率和产量都很高。

而且印刷技术还解决了CIGS的

个重要化学问题：

在大面积印刷中可保证CIGS组分有适当的原子比，由此技术所生产的

电池板重量轻，价钱低，转换效率与其他工艺所生产的电池板相当。

另一家公司Innovalight

也在开发印刷PV工艺，是用纳米Si颗粒墨水生产电池板。

其他一些公司也将引入印刷工艺。

除卷一卷（rolltirol1）生产外，印刷PV技术易于在柔性衬底上生产电池板，且便于研制新

产品，例如智能屏幕及低本钱集成建筑光伏系统。

CIGS薄膜太阳电池的最新动态 

2020-07-2017:

37:

02| 

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定阅

信息学院光电子研究所CIGS课题组研制的cm2级玻璃衬底的CIGS薄膜太阳电池转换效率已达13%以上，柔性不锈钢衬底上的转换效率也已超过9%。

目前正在承担着国家"

十五"

863重点课题：

"

铜铟硒太阳能薄膜电池实验平台与中试线"

，正预备在天津保税区进行中试研究，这使该电池向产业化推动又迈出了重要一步。

南开大学研究铜铟硒（CIGS）薄膜太阳电池已有16年历史，是国家科技攻关打算和天津市科技资金培育起来的具有自主知识产权的高新技术。

该方式已经申请发明专利。

功效简介：

铜铟镓硒太阳能薄膜电池实验平台由化合物薄膜材料制备和先进测试系统组成。

薄膜材料制备系统包括：

化合物电子薄膜材料四室持续化真空沉积系统，薄膜材料真空电阻蒸发和电子束蒸发沉积系统，中频和高频对靶溅射沉积系统，大面积Mo薄膜电极溅射沉积系统，薄膜电池顶电极蒸发制备系统，化学水浴沉积系统，真空固态源光硒化炉系统，机械划线机和固体激光划线机等组成，可蒸发、溅射沉积多种薄膜材料和进行器件的制备研究。

测试系统包括：

AMBIOS-XP-2型台阶仪，OLYMPUSSTM6-LM型高精度光学测量显微镜，ACCENTHL5550-LN2型霍尔效应测试仪，MagiX（PW2403）型X射线荧光光谱仪，X'

'

PertPro型X射线衍射仪，太阳光模拟器与KEITHLY-2420数源表组成的薄膜电池I-V测试系统，形成了较为完整的CIGS太阳能薄膜电池的制备和测试系统，可进行10×

10cm2铜铟镓硒单体薄膜太阳电池与组件的制备，可作为我国CIGS薄膜电池、化合物电子薄膜材料与器件的研发平台，为后续进展奠定基础。

IBM的研究部门正在开发常温常压下制造CIGS太阳能电池的工艺,目标是光电转换效率达到15%以上。

美国维易科周密仪器（VeecoInstruments）发布了CIGS（Cu、In、Ga、Se）型太阳能电池玻璃底板用蒸镀成膜装置“FastLine”（英文发布资料）。

该装置采纳易于提高制造能力的系统，每小时可最多处置30块尺寸×

的玻璃底板。

而且，虽未发布具体数值，但该公司表示可量产高转换效率的太阳能电池模块。

蒸镀源采纳该公司的“PV-Series”。

基于蒸镀的成膜方式材料的利用量少，可降低单位输出功率的制造本钱。

另外，该公司还预备推出柔性底板利用的成膜装置“FastFlex”。

采纳中频交流磁控溅射方式,在Mo层上沉积了CuInGa（CIG）预制膜.别离以N2和Ar为载气,采纳硒蒸汽硒化法制备了Cu（In1-xGax）Se2（CIGS）吸收层薄膜,考察了N2和Ar流量对CIGS薄膜结构和形貌的阻碍.采纳SEM和EDS观看和分析了薄膜的表面形貌和成份,采纳XRD表征了薄膜的组织结构.结果说明,采纳Ar和N2为载气时,在各个流量下所制备的CIGS薄膜均为黄铜矿相结构,薄膜具有（112）面的择优取向.采纳Ar为载气时,当Ar流量为m3/h时,所取得的CIGS薄膜的孔隙最少,随着Ar流量的增大,薄膜孔隙增多,变得疏松.采纳N2为载气时,当N2流量为m3/h、m3/h、m3/h时,所取得的CIGS薄膜孔隙较多,当N2增大到m3/h时,薄膜变得致密,所取得的CIGS的Cu、In、Ga原子含量,处于制备弱p型CIGS薄膜的理想范围.

铜铟镓硒（CIGS）太阳能薄膜电池是以一般钠钙玻璃为衬底，磁控溅射法沉积1mm厚的Mo层作为电池底