CIGS 光伏组件的基本结构是多层膜结构, 包括衬底材料, Mo 背接触电极层, p 型 CIGS 

光电转换层

, i 型 CdS 异质结层, i 型 ZnO 高阻层, n 型 TCO 电极层, MgF2 减反射膜和 Ni/ Al 

金属电极。其中

Mo 电极可以与 CIGS 吸收层以及 TCO 电极之间形成良好的欧姆接触, 膜层

本身又具有高的反射率

, 使得入射光线被吸收层二次吸收。另外还要求 Mo 电极一方面与衬

底形成强的结合力

, 另一方面膜层本身要具有一定的致密度以防在沉积吸收层时因 Se 的扩

散在界面处形成

MoSe2 相, 影响吸收层的 Se 含量。研究表明: 一般在高气压下沉积的 Mo 层

与衬底有着较强的结合力

, 膜内应力小, 但致密度差;低气压下沉积的 Mo 层致密度好, 但与

衬底的结合力差

, 膜内应力大。可见溅射气压的选取对于 Mo 电极的沉积至关重要。衬底温度

影响着

Mo 层晶粒尺寸的大小和晶界的数量, 玻璃衬底中的 Na 是通过晶界扩散到 CIGS 吸

收层

, 因而一个优化的衬底温度可获得适当 Na 掺杂, 从而获得具有一定 p 特性的 CIGS 吸收

层。

p 型的 CIGS 吸收层沉积时主要通过调整 Ga 和 In 的比例, 使禁带宽度成梯度或 V 型分

布

, 一般 Ga 替代约 25%~ 30%的 In 原子时可形成高效 CIGS 太阳电池。Cu 对 CIGS 吸收层表

面粗糙度有着重要影响

, Cu 含量的增加会减少 CIGS 吸收层表面粗糙度。过大表面粗糙度不

利于与

CdS 之间形成良好的 p- n 结, 过小的表面粗糙度又会增大入射光的反射, 降低光的吸

收。可见

Cu 在吸收层内的含量与分布也必须慎重考虑。

　　

CdS 曾经是应用最广泛的一种化合物窗口层, 但对人体有害, 而且本身带隙又偏窄( 2. 

42 eV) , 因而逐渐被 ZnO 取代。ZnO 的禁带宽度为 3. 2 eV, 短波的透过率高, 可增加吸收层光
生载流子数目。但是用

ZnO 替代 CdS 直接与 CIGS 层构成异质结晶格,匹配并不好。这是因为

它们的禁带宽度相差太大导致异质结界面失配。由此带来的缺陷态较多

, 制约着光电转化率。

在它们之间增加一层很薄的

CdS 膜( 50 nm 左右) 作为缓冲层可以解决这一问题。i 型的 ZnO 

高阻层的加入是为了避免

T CO 层的针孔和 T CO 层与 CIGS 吸收层的短路现象; 然而过厚

的高阻层又会使串联电阻增加

, 使电池的转化效率下降。

　　四、

CIGS 光电转化层的制备技术　　目前为止, 文献报道的 CIGS 系薄膜的制备方法有: 

蒸镀法、硒化法、溅射法、丝网印刷法、电沉积法、化学气相沉积法、分子束外延法、喷涂热解法、
涂布烧结法等等。只有多元共蒸发法和硒化法比较成熟

, 且能制得高效率的太阳能电池, 而且

已经投入规模化的生产。多元共蒸发法制备

CIGS 可以采用一步法、二步法或三步法。一步法

是指按比例同时蒸发

Cu、I n、Ga、Se4 种元素, 通过控制各源的蒸发, 制备具有一定浓度梯度

的薄膜

, 通过合金化制备成 CIGS 薄膜。二步法是指先在 500 ! 的衬底上先蒸发 Cu、In、Ga、Se 

4 种元素, 形成 CIGS/ CuxSe 薄膜, 然后升高温度到 550 ! , 再同时蒸发 In、Ga、Se 3 种元素, 最
终形成

CIGS 薄膜材料。三步法是由 NERL 开发的, 首先在衬底温度为 300 

℃的条件下, 将

In、Ga、S e 蒸发到衬底上, 接着将衬底的温度提高到 500~ 560 ! , 蒸发 Cu 和 Se; 最后再蒸发
In、Ga、Se, 使薄膜的成分调整到 III 族元素稍有过剩, 接近化学计量比的状态。研究表明第二
步

Cu 过剩的情况下生成的 Cu2Se 相的烧结过程对晶粒长大尤为重要。预制层硒( 硫) 化的

CIGS 制备技术, 是在硒气氛中将金属混合物快速加热( RTP) 的工艺技术, 预置层可以采用溅
射、蒸发和电化学沉积等工艺来完成

, 然后采取硒化处理。硒化法制备 CIGS 薄膜时, H2Se 气

体易燃易爆。最近发展了固态硒化法

, 即利用固态的 Se 颗粒作为固态源来蒸发达到硒化的目

的。但这种方法要求衬底的温度要高达

550

℃以上, 升温过程中, Ga 原子会向 Mo 电极迁移

并以非晶态形式堆积

, 并没有与 Se 化合形成 CIGS, 这种方法不利于 Ga 的浓度纵向梯度化, 

难以实现

V 形分布, 还会导致 Cu2- x Se 二元相的生成, 增加载流子的界面复合, 降低光电转