Eg=1.02+0.67x+bx（x-1）

　　式中

x 为 Ga/(In+Ga)的原子分数比 b 为光学弓形系数在 0.11~0.24 之间。

　　通过掺杂

Ga 可提高禁带宽度,增加开路电压(Voc)提高薄膜的黏附力，但同时也会降低

短路电流

(Jsc)和填充因子(FF),因此 Ga 的掺杂量需要优化目前取得的高效率电池的 x 值都在

0.2~0.3 之间 G.Hanna 等认为当 x 为 0.28 时电池的缺陷最少,做成的太阳能电池性能也最好。

　　

2、CIS 太阳电池吸收层的制备技术

　　在

CIGS 薄膜电池的制备过程中 CIGS 吸收层的制备起着至关重要的作用。目前文献报

道的制备技术有多种，包括蒸发法、溅射后硒化法、电沉积法、丝网印刷法、微粒沉积法分子
束外延法等。目前已经用于生产并且制备出高效率电池的方法是共蒸发法和溅射后硒化法。
在实验室制备小面积的

CIGS 器件时，共蒸发法制备的薄膜质量明显好于其它方法。但由于

蒸发对设备要求严格，蒸发过程中各元素沉积速度不易控制，所以大面积生产时均匀性不
是很好，而溅射后硒化法首先通过溅射工艺制备

CIG 预制层，再进行硒化处理，因此预制

层的成分比较容易控制，但难点在硒化工艺的掌握。

　　

2.1 多元共蒸发法

　　蒸发法是利用被蒸发物在高温时的真空蒸发来进行薄膜沉积的，是典型的物理气相沉
积工艺，

PVD 在真空环境中 CuInCaSe4 种蒸发源分别被单独加热进行蒸发。然后在被加热

的衬底上进行反应，制备出

CuInCaSe2 薄膜目前已知 CIGS 电池的最高转换效率记录就是

通过多元共蒸发法制备的，即由美国国家可再生能源实验室

NREL 在 0.419cm2 的器件上实

现的

19.9%的转换效率。高效的 CIGS 电池的吸收层沉积时衬底温度高于 530

℃最终沉积的

薄膜稍微贫

CuGaIn+Ga 的原子分数比接近 0.3 沉积过程中可通过调整 InGa 蒸发流量的比值

在薄膜中实现禁带宽度的

V 型分布。

　　根据薄膜沉积过程

,共蒸发可分为一步法、两步法和三步法。一步法是在基板温度为

450~550

℃时,全部元素同时蒸发。在薄膜沉积过程中,需要调整各元素的蒸发速率;在薄膜沉

积后期

,要提高 In 的沉积量,以保证薄膜表面富 In。整个过程一步完成,由于涉及的工艺参数调

整比较复杂

,整个制备过程比较难以控制。

　　美国波音公司的

Mickelsen 和 Chen 提出了一种两步法工艺,也称波音(boeing)双层工艺。

第一步是在衬底温度

350

℃时,沉积第一层富铜(Cu/In>1)的 CIS 薄膜,该薄膜为低电阻 p 型半

导体

(占整层厚度的 50.0%~66.7%);第二层是在高的衬底温度 450

℃(对于沉积 CIGS 薄膜,衬

底温度为

550

℃)下沉积贫铜的 CIS 薄膜,该薄膜为中等偏高电阻的 n 型半导体,通过两层间扩

散

,形成梯度 p 型半导体。美国国家可再生能源实验室(NREL)高转化效率的 CIGS 薄膜采用

的是三步共蒸发工艺制备的。

　　第一步

,基底温度较低的情况下(400

℃)蒸发 In、Ga、Se 形成一层 In-Ga-Se 预置层,其中控

制原子比例

In/Ga=0.7/0.3,In+Ga/Se=2/3;第二步,升高基底温度到 570

℃,蒸发 Cu、Se,其目的是

为了借助低熔点的

Cu2-xSe 在高温下具有液相般的特性来促进晶粒生长,得到大尺寸且致密