的物理及化学特性。但是一旦偏离定比组成，材料中将会产生点缺陷。而一，三、六族化合物
的本征点缺陷如空位、间隙、错位种类可达

12 种之多，这些点缺陷会在禁带中产生新能级，

如同外加杂质一样影响材料的光伏特性。

在

CulnSe2 基础上，掺杂 Ga 元素，使 Ga 取代部分同族的 In 原子构成 CIGS。通过调节

Ga/(Ga+In)可以改变 CIGS 的带隙，调节范围为 1.04 eV 到 1.72 eV。CIGS 仍然是黄铜矿结构，
具有

CIS 所有性能上的优点，且可灵活地调整和优化禁带宽度。还可在膜厚方向调整 Ga 的

含量，形成梯度带隙半导体，在更大的范围内吸收太阳光，吸收效率更高。

3 CIGS 的性能优点

CIS、CIGS 是直接带隙的半导体材料，因此电池中所需的 CIS、CIGS 薄膜厚度很小(一

般在

2 μm 左右)，它的吸收系数非常高，达 105 cm^-1。同时还具有较大范围的太阳光谱的

响应特性。

CulnSe2 可直接由其化学组成的调节得到 P 型(Cu 比例大)或 N 型(In 比例大)不同的导

电形式而不必借助外加杂质。

CulnSe2 的这种特性使得它抗干扰辐射能力提高，使用寿命可

长达

30 年。

符合化学计量比的一、三、六族

(铜铟硒、铜铟硫、和铜铟镓硒)化合物半导体具有很高的

光量子效率。

CIGS 容易做成多结系统，在 4 个结的情况下，从光线入射方向按禁带宽度由

大到小顺序排列，太阳能电池的理论转换效率极限可以超过

50％。

在

Si 和三、五族化合物系太阳能电池中，晶界对吸收层的特性影响很大，所以多晶太

阳能电池的效率较单晶的低。而以

CIGS 为代表的黄铜矿相吸收层，本身就是一种薄膜材料，

不受晶界的影响，耐放射线辐照，没有性能衰减，是目前太阳能电池中寿命最长的。
4 影响 CIS 光伏特性的因素

太阳能电池的转换效率受反射损失、光损失、能量损失、电压因子和复合所造成的损失

等因素的影响。本征缺陷、杂质、错配以及第二相等的存在均影响

CIS 材料的性能。

荧光光谱测试表明

CIS 材料中存在本征缺陷时，可能产生较低能级，增加非直接复合

几率。提高材料制备时的生长温度，有利于点缺陷向晶粒表面或晶界扩散，从而减小品粒内
部的缺陷密度。

错配可能影响载流子的传送，而一般材料中都存在着堆积层错、孪晶等错配。但是研究

表明，

CIS 材料中的错配缺陷几乎不影响材料的光伏特性。可能是由于 CIS 中在 10^16 cm^-

3 密度范围内的点缺陷产生的载流子补偿了少数错配缺陷的复合作用。

Katsui 等研究表明，薄膜中第二相的存在是影响 CIS 光电性能的主要原因。在 CIS 材料

的制备中常出现如

CuXSe 等第二相。当第二相存在于晶粒间时，将有效阻止载流子在晶粒

间的运动，减小载流子的效率。如对富铜

CIS 的研究表明，CuXSe 第二相的存在是使 CIS 材

料失去光伏特性的主要因素。

在材料的制备过程中不可避免的要出现杂质原子。通常杂质原子的引入会严重影响材

料的光伏特性。但是，

Na 原子的引入不仅不会降低 CIS 材料的光伏特性，反而能改善材料

的性能。

5 CIGS 薄膜的制备方法

目前制备

CIS 的方法很多，但主要有两种思路：一是直接蒸发 Cu、In、Se 3 种独立元素，

使其气体化合制得

CIS；二是硒化铜铟合金，对该合金直接加元素 Se 或在 H2Se 气氛中加

Se。工艺方法主要有蒸镀法、磁控溅射、分子束外延技术、喷雾热解及快速凝固技术等。