天然染料敏化太阳能电池的研究进展

摘要：介绍了薄膜太阳能电池结构、性能特点以及目前在研究和生产过程中铜铟镓硒电池的
制备方法；阐述了铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术的优点，及其存在的问题和未来的前景。
关键词：铜铟镓硒，太阳能电池，薄膜

1 概述

第三代太阳能电池就是铜铟镓硒

CIGS（CIS 中掺入 Ga）等化合物薄膜太阳能电池及

薄膜

Si 系太阳能电池。

学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳

能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、
污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于
晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电
池，是近几年研究开发的热点。

此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对于外观有较高要求场所的理想选择。
小样品

CIGS 薄膜太阳能电池的最高转化效率 2010 年 8 月刷新为 20.3%，由德国太阳

能和氢能研究机构

ZSW 采用共蒸镀法制备。大面积电池组件转化效率及产量根据各公司制

备工艺不同而有所不同，一般在

10%~15%范围内。

2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的结构

铜铟镓硒太阳能电池是

20 世纪 80 年代后期开发出来的新型太阳能电池，其典型结构

为多层膜结构，包括金属栅电极

Al/窗口层 n+-ZnO/异质结 n 型层 i-ZnO/缓冲层或过渡层

CdS/光吸收层 CIGS/背电极 Mo/玻璃衬底等。

CIGS 作为吸收层是 CIGS 薄膜太阳能电池的关键材料。ClGS 材料有优良的光学性能，

转换率很高，但是由于

CIGS 由四种元素组成，对元素配比敏感，由于多元晶格结构、多层

界面结构、缺陷以及杂质等的存在增加了制备技术的难度，而且对设备的精度和稳定性要求
较高，因此目前还没有实现大规模工业化生产。

CIGS 由 CIS(铜铟硒)发展而来，CulnSe2 属于一、三、六族化合物。它是由二、六族化合

物衍化而来，其中第二族元素被第一族

Cu 与第三族 1n 取代而形成三元素化合物，室温下

CuInSe2 的晶体结构为黄铜矿结构。

与二、六族化合物的闪锌矿结构类似，

Cu 和 In 原子规则地填人原来第二族原子的位置。

因此可以将该结构视为由两个面心立方晶格套构而成：一个为阴离子

Se 组成的面心立方晶

格，一个为阳离子

(Cu、In)对称分布的面心立方晶格，即阳离子次晶格上被 Cu 和 In 原子占

据的几率各

50%，这种晶格的 c/a 值一般约为 2。这种结晶结构的化合物在高温时原子容易

活动移位，尤其是

Cu 和 In 原子，此时两者不再有规则的排列，因而呈现立方结构。

CulnSe2 相存在的化学组成区间为 7％(mol)，这意味着即使偏离定比组成(Cu：In：

Se=1：1：2)一定程度，只要化学组成仍在该区间内，该材料依然具有黄铜矿结构以及相同