的

$ 500, 使得光伏产品的价格维持在较高的水平,今后 20 年光伏行业用硅 30% 的增长率和

IC 行业 10% 的增长率将会加剧硅原料供应的紧缺。薄膜光伏产品在 2006 年产量为 150 MW, 
预期在

2010 年、2020 年和 2030 年的年产量分别有望达到 1 GW、7. 5 GW、1 33 GW, 在光伏

产品的市场占有率也将由

2006 年的 8. 6% 上升到 2010 年、2020 年和 2030 年的 20%、2 2%和

35%。

　　作为最具发展前景的薄膜太阳能电池

, CIGS 光伏产品以高光吸收系数、高转化效率、高

稳定性、可调的禁带宽度、较强的抗辐射能力等优势不断地抢占市场份额

, 将成为新一代高效

太阳能电池的主流产品

, 10 年后仅 CIGS 光伏组件的产量将达 GW/ a 的水平, 可以帮助整个

光伏产业保持

30% 的增长率。

二、

CIGS 薄膜太阳电池的组分及掺杂

　　特性　　

CIGS 薄膜为四元化合物半导体材料, 要得到精确化学计量比的材料是非常困

难的。黄铜矿结构的

CIGS 晶体材料才具有良好的光电特性, 是一种优质的太阳电池材料。有

研究表明

, 在少量缺铜的情况下, 黄铜矿结构的 CIGS 单晶容易制备。而且组分偏离化学计量

比越小

, 元素的组分越均匀, 结晶度越好, 晶体的结构越单一。相反, 当材料组分偏离化学计量

比时

, 表现出不同的导电特性。当 Cu、I n、Ga 不足时, Cu、I n、Ga 的空位表现为受主; 而当 Se 

过量时

, Se 空位也表现为受主, 此时薄膜表现为 p 型。当 Cu、In、Ga 过量时, 间隙 Cu、I n、Ga 

表现为施主

;Se 不足时, Se 的空位也表现为施主, 此时薄膜材料表现为 n 型。通常, 高效 CIGS 

太阳能电池都是采用富

In 的薄膜材料, 而富 Cu 的薄膜材料相对效率低。

　　在一定的范围内改变

Ga 组分的含量并不改变 CIGS 的载流子的浓度, 因为 Ga 原子是以

替代位的形式处在

In 的位置上。CIGS 的带隙大小却和 Ga 的含量有着密切的关系, 对于高效

的太阳能电池而言

, 替代约 25% ~ 30% 的 In 原子最佳。采用 Na 元素掺杂可以优化 CIGS 膜

层的电学性能

, 尤其能提高 CIGS 材料的 p 型特性。Kerr 等人认为在薄膜中掺入金属 Na 可形

成

NaIn 缺陷, 降低晶粒边缘的能量壁垒; Bodegard M 等认为 Na 能促进晶粒的生长, 弱化晶

粒边界的影响力

, 增加吸收层对光的有效吸收密度。Na 以 Na2Se 的形式存在于 CIGS 晶粒之

间的边界中

, 在 CIGS 晶粒生长的过程中 Na2Se 作为 Se 元素的提供源促进 CIGS 晶粒的生长。

　　三、

CIGS 薄膜太阳电池的优势及组件

　　结构　　薄膜太阳能电池的

CIGS 吸收层具有以下特性: 第一, 通过调节 Ga 替代 In 的

比率

, 可以使半导体禁带能隙在 1. 02~ 1. 68 eV 之间变化, 非常适合调整和优化材料的能隙

宽度来增强对太阳光谱的响应。如果在膜厚方向调整

Ga 的含量, 形成梯度带隙半导体或形

成

V 字形带隙分布等, 这样会产生背表面场效应, 可获得更多的电流输出。能进行这种带隙

裁剪是

CIGS 系电池相对于 Si 系和 CdTe 系电池的特殊优势。第二, 作为直接带隙半导体,是

已知的半导体材料中光吸收系数最高的

, 达到 105/ cm。第三, 黄铜矿相结构 CIGS 吸收层与

具有闪锌矿结构的

CdS 形成良好的晶格匹配, 失配率只有 1. 2%。第四, CIGS 系半导体没有

光致衰退这一

Si 系太阳电池很难克服的效应, 并且抗辐射能力强, 寿命高于单晶硅。第五, 

CIGS 薄膜的制备具有一定的环境宽容性, 使得 CIS 系太阳电池在衬底选择上拥有较大的空
间。上述特点

, 使得 CIGS 成为新一代高效率薄膜太阳电池材料并在清洁能源利用及相关技

术开发中占有极其重要的地位。