CIGS薄膜太陽(yáng)能電池

一、生產(chǎn)高效CIS電池的難點(diǎn)：
多層薄膜的制備技術(shù)，及薄膜厚度和摻雜的均勻控制。
高質(zhì)量多晶薄膜的制備，產(chǎn)生致密性粒徑大于1微米CIS薄膜。
???????? 大面積生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
二、CIS電池結(jié)構(gòu)
???????? 銅銦硒（CIS）太陽(yáng)能電池是多元化合物半導(dǎo)體薄膜電池，它是在玻璃或是其它廉價(jià)襯底上依次沉積多層薄膜而構(gòu)成的光伏器件。在玻璃襯底到最頂層依次是：金屬M(fèi)o背電極/ CIS吸收層/ CdS過(guò)渡層/本征ZnO(i-ZnO)層/ZnAl窗口層，最后可以選擇在表面依次鍍上減反射層(AR Coating)來(lái)增加光的入射，再鍍上金屬柵極用于引出電流。
三、CIS電池的特點(diǎn)
低成本
CIS電池采用了廉價(jià)的Na-Lime玻璃做襯底，采用濺射技術(shù)為制備的主要技術(shù)，這樣Cu,In,Ga，Al，Zn的耗損量很少，對(duì)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)而言，如能保持比較高的電池的效率，電池的價(jià)格以每瓦計(jì)算會(huì)比相應(yīng)的單晶硅和多晶硅電池的價(jià)格低得多。
高效率
禁帶寬度（1.1eV）適于太陽(yáng)光的光電轉(zhuǎn)換；容易形成固溶體以控制禁帶寬度的特點(diǎn)，目前實(shí)驗(yàn)室樣片效率達(dá)到18.8％。
可大規(guī)模生產(chǎn)
近二十年的研究表明，CIS電池的界面是化學(xué)穩(wěn)定的；亞穩(wěn)態(tài)缺陷對(duì)載流子有正面的影響；而Cu漂移是可逆的，它的漂移緩解了在材料中的化學(xué)勢(shì)產(chǎn)生的缺陷梯度，這種適應(yīng)性使其有很好的抗輻照和抗污染能力，從而具備大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。
四、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及項(xiàng)目發(fā)展?fàn)顩r
北京大學(xué)新能源中心有多名教授和高工長(zhǎng)期從事超導(dǎo)腔薄膜的研制、真空及濺射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、光電轉(zhuǎn)換材料的制備以及能帶工程等方面的科研工作?？梢詽M足研制CIS電池的各方面的工作（包括濺射設(shè)備、真空硒化設(shè)備的設(shè)計(jì)，濺射薄膜的研制、改性及優(yōu)化，光電性能的檢測(cè)和產(chǎn)品的實(shí)用化規(guī)模化）的需要。
???????? 課題組于2000年就開始CIS太陽(yáng)能電池的研發(fā)工作，用磁控濺射的方法制備出了Mo、Cu-In薄膜，用真空硒化退火的方法制備出了具有CuInSe2 單一晶相的多晶硅薄膜，用CBD方法準(zhǔn)備了CdS薄膜。結(jié)果顯示CuInSe2薄膜有很好的晶相，薄膜質(zhì)量非常致密，平均的晶粒直徑已超過(guò)了2mm。
???????? 2003年，課題組開始研制具有中試生產(chǎn)規(guī)模的CIS薄膜制備系統(tǒng)。研制的目標(biāo)是：研制300′300mm2的CIS太陽(yáng)能電池、效率達(dá)到8％以上，掌握關(guān)鍵技術(shù)與工藝。在此基礎(chǔ)上提出大規(guī)模生產(chǎn)線的工藝流程及設(shè)備配置。經(jīng)過(guò)一年半的設(shè)計(jì)、制造，2005年中，一條多室、多靶的鍍膜設(shè)備在北大射頻超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室建立起來(lái)，并開始調(diào)試實(shí)驗(yàn)。這臺(tái)設(shè)備采用了我們自主研制的關(guān)鍵部件，系統(tǒng)總長(zhǎng)12米，有7個(gè)真空室，6只定向同軸磁控濺射轉(zhuǎn)靶，兩臺(tái)線蒸發(fā)源，以及齒條傳動(dòng)的樣片車。下圖是正在調(diào)試的制備系統(tǒng)照片。
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???????? 自2005年8月以來(lái)，課題組在此鍍膜設(shè)備上進(jìn)行了CIS太陽(yáng)能電池的研制工作，由于設(shè)備設(shè)計(jì)合理、加工制造精良、真空系統(tǒng)可靠（每個(gè)室均好于2′10－4Pa的真空度）、濺射靶的選型正確等等，我們以較快的速度研制出針對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)制備CIS的新工藝，我們稱其為“三源疊層硒化法”。用這種方法已研制出CIS太陽(yáng)能電池，目前正在進(jìn)一步優(yōu)化各層膜的結(jié)構(gòu)和組分、研制摻入鎵的方法、克服AZO窗口用的靶材的制備困難（國(guó)內(nèi)外不易解決AZO圓筒型靶材）。