薄膜太阳能电池是缓解动力危机的新式光伏器材。薄膜太阳能电池能够使用在价格低廉的陶瓷、石墨、金属片等不同资料当基板来制作，构成可发生电压的薄膜厚度仅需数μm，现在转化功率最高能够达13%。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠功能够制作成非平面结构其使用规划大，可与修建物结合或是变成修建体的一部份，使用十分广泛。
铜铟镓硒薄膜太阳电池具有出产本钱低、污染小、不阑珊、弱光功能好等特色，光电转化功率居各种薄膜太阳能电池之首，挨近晶体硅太阳电池，而本钱则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一年代十分有出路的新式薄膜太阳电池”。此外，该电池具有柔软、均匀的黑色外观，是对外观有较高要求场所的抱负挑选，如大型修建物的玻璃幕墙等，在现代化高层修建等范畴有很大商场。
铜铟镓硒电站的建造现已到达兆瓦级水平，据瑞士的SolarMax光伏并网逆变器公司供给的资料，2008年9月在西班牙建成了的3.24兆瓦铜铟镓硒电站，并成功运转。这必将加快CIGS的商业使用。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池工业的展开
CIGS电池具有功能安稳、抗辐射能力强，光电转化功率现在是各种薄膜太阳电池之首，挨近于现在商场干流产品晶体硅太阳电池转化功率，本钱却是其1/3。正是因为其功能优异被国际上称为下一代的廉价太阳电池，无论是在地上阳光发电仍是在空间细小卫星动力电源的使用上具有宽广的商场远景。
CIGS电池具有与多晶硅太阳能电池挨近的功率，具有低本钱和高安稳性的优势，而且工业化瓶颈现已打破，在晶体硅太阳能电池原资料缺少的不断加重和价格的不断上涨布景下，许多公司投入巨资，CIGS工业呈现出蓬勃展开的态势。现在全球有30多家公司置身于CIGS工业，但真实进入商场开发的公司只要德国的Wuerth（伍尔特）、Surlfulcell，美国的Global Solar Energy，日本的Honda（本田）、Showa Solar Shell。2006年、2007年国际CIGS电池组件产能别离为17.5MW、60.5MW，在国际光伏商场上占有的比例很小。
我国的CIGS工业远远落后于欧美和日本等国家和地区，南开大学以国家“十五”“863”方案为依托，建造0.3MW中试线，现已制备出30cm&TImes;30cm功率为7%的集成组件样品。2008年2月，山东孚日光伏科技有限公司宣告与德国的Johanna协作，独家引进了我国首条CIGSSe（铜铟镓硫硒化合物）商业化出产线。
其时全球大环境景气欠安，传统硅晶太阳能电池厂正面对价格跌破本钱压力，但薄膜太阳能电池具本钱优势，逐步锋芒毕露。全球经济阑珊意味着出资危险的加大，而中外风投却在这时不惧危险，团体逆市出资太阳能薄膜电池。薄膜电池已成为国内光伏范畴新的出资热门。其间CIGS转化功率足以比美传统太阳能电池，加上安稳性和转化功率都已适当优异，被视为是适当具有潜力的薄膜太阳能电池品种。未来几年，CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能电池的出售将会加快增加，到2015年，CIGS将占薄膜太阳能电池商场的43.3%。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状及未来
近几年，国际各国加快展开各种可再生动力代替传统的化石动力，以处理日益加重的温室效应、环境污染和动力干涸等全球危机。作为抱负的清洁动力，太阳能永不干涸，正成为当今国际最具展开潜力的工业之一。现在，太阳能电池商场首要产品是单晶硅和多晶硅太阳能电池，占商场总额的80%以上。因为晶硅电池的高本钱和出产进程的高污染，本钱更低、出产进程愈加环保的薄膜太阳能电池得到快速展开。现阶段，有商场远景的薄膜太阳能电池有3种，别离对错晶硅、碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CuInGaSe2，一般简称CIGS）薄膜太阳能电池。作为直接带隙化合物半导体，铜铟镓硒吸收层吸收系数高达105cm-1，转化功率是一切薄膜太阳能电池中最高的，已成为全球光伏范畴研讨热门之一，行将成为新一代有竞赛力的商业化薄膜太阳能电池。
1、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞赛优势
太阳能电池的资料一般要求首要包含：半导体资料的禁带宽度适中；光电转化功率比较高；资料制备进程和电池使用进程中，不存在环境污染；资料合适规划化、工业化出产，且功能安稳。通过数十年电子工业的研讨展开，作为半导体资料硅的提炼、掺杂和加工等技能现已十分老练，所以，现在的产品太阳能电池首要硅基的。可是，硅是直接带隙半导体资料，在确保电池必定转化功率前提下，其吸收层厚度一般要求150～300微米以上，理论极限功率为29%，按现在技能道路，进步功率的难度现已十分巨大。一起考虑到加工进程近40%的资料损耗，资料本钱是硅太阳能电池的最首要构成。
别的，其资料出产进程的高温提炼、高温分散导致其制备进程能耗高，这使其能量归还周期长，全体本钱高。虽然通过近几年的规划化展开，商场价格得到大幅下降，其每瓦本钱仍高于2美元。假如再考虑到其制备进程的高污染，更增加了其环境管理社会本钱，这些都严峻限制了其竞赛优势。比较较，薄膜太阳能电池具有较大的本钱下降空间，一起它能够以多种办法嵌入房顶和墙面，十分合适光电一体化修建和大型并网电站项目。在这种情况下，薄膜太阳能电池引起了人们的注重，近几年成了科技工作者的研讨要点。从全球规划来看，光伏工业近期仍将以高效晶体硅电池为主。但向薄膜太阳能电池和各种新式太阳能电池等低本钱、低能耗、低污染的方向过渡现已成为光伏工业展开的必然趋势。现在，国际首要光伏企业现已放缓了对晶体硅太阳能电池产能的扩张，我国现已出台相应方针，按捺晶硅职业的盲目扩张。
技能比较老练，且有展开潜力的薄膜太阳能电池有3种，别离对错晶硅（a-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CuInSe2，一般简称CIS）/铜铟镓硒（CuInGaSe2，一般简称CIGS）。通过几年的快速展开，单结非晶硅薄膜电池的功率到达7%左右，可是，其光致衰减现象还一向没能处理，相同功率条件下，需求更大的装置面积和本钱。在此情况下，近年展开的微晶硅多结电池功率现已到达了10%，一起也部分战胜了其衰减问题，所以，其必将在未来太阳能商场占有重要位置。CdTe薄膜电池的试验室功率能够到达16%，组件功率到达10%，缺点是Cd是重金属元素，会对环境和人体带来损害。可是，它的制备工艺简略，本钱很低，能够满意必定区域的实践使用，也会在未来光伏商场占有必定的比例。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池具有多层膜结构（图1），包含金属栅状电极、减反射膜、窗口层（ZnO）、过渡层（CdS）、光吸收层（CIGS）、金属背电极（Mo）、玻璃衬底等。其间，吸收层CIGS是（化学式CuInGaSe2）由四种元素组成的具有黄铜矿结构的化合物半导体，是薄膜电池的要害资料。
比较较其它太阳能电池，CIGS竞赛优势有以下6点：
①通过掺入适量Ga代替部分本家的In，通过调理Ga/（Ga+In）能够调理CIGS的禁带能隙，调整规划为1.04～1.68eV，这是一个十分宽的规划，十分合适制备最佳带隙的半导体化合物资料，这是CIGS资料相对于硅系光伏资料的最特别优势；
②CIGS资料的吸收系数高，到达105cm-1，一起还具有较大规划的太阳光谱的呼应特性；
③使用CdS作为缓冲层（具有闪锌矿结构），和具有黄铜矿结构CIGS吸收层能够构成杰出的晶格匹配，失配率不到2%；
④在光电转化进程中，作为直接能隙半导体资料，CIGS的厚度能够很小（约2μm），当有载流子注入时，会发生辐射复合进程，辐射进程发生的光子能够被再次吸收，即所谓的光子再循环效应；
⑤CIGS系半导体可直接由其化学组成的调理得到P型或N型不同的导电方式，不用凭借外加杂质，不会发生Si系太阳电池很难战胜的光致阑珊效应，使用寿命能够长达30年以上；
⑥CIGS薄膜的制备进程具有必定的环境宽容性，使得CIGS太阳电池在挑选衬底时，具有较大的挑选空间。归纳比较剖析，铜铟镓硒薄膜CIGS太阳能电池具有转化功率高（居各种薄膜太阳能电池之首）、资料来历广泛、出产本钱低、污染小、无光衰、弱光功能好的显著特色，已成为各国争相研讨的要点范畴。
2、CIGS电池的展开现状
CIGS国外展开现状
1976年，美国初次研讨成功CIS薄膜太阳电池，转化功率到达6.6%。时隔6年之后，波音公司通过3元（Cu、In、Se）蒸腾办法，制作出了功率超越10%的薄膜电池。1983年，ArcoSolar公司提出新的制备办法——硒化法，该项技能具有简略、廉价的特色，现在现已展开为制作CIS电池最重要的技能。80年代后期，德国开发出了转化功率为11.1%的CIS电池，这是转化功率初次超越10%。其安稳性好、耐空间辐射的优秀特性也逐步得到职业的注重。90年代初，瑞典报导了功率为17.6%，面积0.4cm2的CIS太阳电池，这是其时的国际记载。日本从1994年发动CIGS工业化项目，研制投入高达200亿日元（适当于14亿元人民币）。到90年代晚期，美国可再生动力试验室（NREL）将转化功率进步到了18.8%，一起开端出产发电用CIGS太阳能电池组件（40W），组件功率到达其时最高的12.1%。
到2001年，德国危险出资企业WurthSolar开端在欧洲出售60cm&TImes;120cm的CIGS太阳能电池组件，它是制备在钠玻璃基片上的。2000年，美国可再生动力研讨所制备出亚微米级（0.74μm）CIGS太阳能电池，功率达12%～13%，愈加显现出了铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池的性价优势及宽广的商场远景。2003年，日本昭和壳牌石油公司开发的3459cm2组件转化功率到达了13.4%。在2007年，美国可再生动力试验室，用三步共蒸腾法制备的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，转化功率到达了19.9%，这是单结薄膜太阳能电池的国际记载。
现在CIGS薄膜太阳能电池组件面积现已能够到达0.5平方米以上，首要有600mm&TImes;900mm和600mm&TImes;1200mm等标准。首要由各公司不同设备条件决议。其组件出产工艺流程如图（2）所示：
现在CIGS组件处于工业化初级阶段，首要是美国、德国和日本等发达国家公司。其工艺各具特色，首要选用的都是真空溅射技能，差异首要是制备CIGS吸收层的部分工艺不同。表3给出了首要公司出产工艺比较。能够看出，最干流方式是溅射金属预制层后硒化工艺。该工艺对溅射设备防腐要求低，维护简略，出产进程更简单操控。也有选用四元化合物靶直接溅射CIGS的研讨，因为设备防腐要求高，吸收层存在缺点，溅射后仍需求热退火处理，这种办法现阶段没有表现出工业化优势。
在CIGS组件工业方面，从表43能够看出国际首要CIGS厂家技能现状。能够看出，蒸腾和溅射后硒化是两种最广泛选用，最有实践使用远景的办法。尤其是预制膜硒化技能，更有优势，能够满意大面积出产，一起又能确保产品功率的最有用办法。
CIGS国内展开现状
自“六五”以来，我国政府一向把研讨开发太阳能作为可再生动力技能的重要组成部分而列入国家科技攻关方案，大大推动了我国太阳能技能和工业的展开。但与国际发达国家比较，我国在这一范畴研讨与使用力度和规划还比较落后。在2002年曾经，我国（不含台湾、港澳）一切的太阳电池年产量缺乏5MWp，首要商场还限制在通讯范畴，管道防腐维护和偏僻村庄供电等。2002年之后，在“西部省区无电乡通电方案”、“金太阳演示工程”等一系列方针的鼓励下，我国的光伏工业成为快速展开的工业之一。2008年，我国光伏工业产量已超千亿元。其间，光伏组件的产能约为2000MWp，初次超越德国，位居国际第一，产品95%以上出口海外。到2009年末，我国光伏发电累计装机量约300MW，比2008年增加114%。
通过近20年的尽力，我国在光伏发电技能的研讨方面，开发储藏了必定的技能根底，先后在试验室制备出了晶硅高效电池，多晶硅电池，非晶硅电池，以及CdTe和CIGS等等。国内最早展开CIGS研讨的是南开大学，先后承当了国家“十五”“863”等要点课题。在“铜铟硒太阳能薄膜电池试验渠道与中试线”和天津市的支持下，南开大学光电子薄膜器材与技能研讨所的研讨取得了要害性打破，其选用共蒸腾法制备的CIS薄膜电池功率在2003年到达了12.1%。2008年12月，坐落天津滨海新区的“国家863铜铟硒薄膜太阳电池中试基地”研制出29×36cm2的CIGS太阳电池组件，转化功率到达7%。最近几年，国内也有一些单位，如清华大学、北京大学、华东师范大学等，也在展开CIS、CIGS薄膜太阳能电池制备工艺方面的研讨工作，可是全体水平与国外的距离是十分大的。
3、CIGS薄膜太阳能电池使用展望
CIGS薄膜太阳能电池的底电极Mo和上电极n-ZnO一般选用磁控溅射的办法，工艺道路比较老练。最要害的吸收层的制备有必要战胜许多技能难关，现在首要办法包含：共蒸腾法、溅射后硒化法、电化学堆积法、喷涂热解法和丝网印刷法等。现在研讨最广泛、制备出电池功率比较高的是共蒸腾和溅射后硒化法，被工业界广泛选用。
本征缺点、杂质、错配等均可影响CIGS资料的功能。制备功能优秀的CIGS太阳能电池，要尽量进步电池器材短路电流、开路电压、包含填充因子等。因为CIGS吸收层优异的光电特性，其短路电流一般可达30～40mA/cm2，决议短路电流的另一个首要因素便是电池器材的串联电阻，首要由上下电极的体电阻，各层触摸电阻构成。制备器材工艺中，首要需求优化Mo电极、低阻ZnO的制备工艺，包含各层之间的匹配。
作为异质结薄膜太阳能电池，操控其结特性将是制备高效电池中心。制备功能优秀CIGS薄膜太阳能电池的要害是进步器材的开路电压。首要是尽可能削减器材的短路现象（漏电）。要害是要进步器材的并联电阻。影响并联电阻的首要因素有：电池内部缺点、晶粒小、导致晶界过多、晶粒摆放不严密、层间晶格不匹配、复合中心多、电池周界的漏电流等。在制备器材中，首要是操控CIGS吸收层化学成分比，制备晶粒大、摆放严密、外表平坦的吸收层；优化过渡层CdS、缓冲层高阻ZnO的制备工艺；防止杂质、缺点引起的复合等。
最近几年，原子层堆积技能（ALD）快速展开，它是一品种似CVD的化学堆积制备薄膜的办法。首要长处是制备的薄膜愈加细密，缺点更少，对衬底外表没有任何要求。假如用这种办法制备CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层ZnS，不只能够完成电池的无镉化，防止废水处理等不利因素，还能够完成电池制备工艺的流水化。整个工艺进程能够完成全真空化，进步电池转化功率，一起进步电池的出产功率。依照这一技能道路，电池组件的功率有期望到达15%到18%的水平。IBM公司的研讨部分正在开发常温下制作CIGS太阳能电池的工艺，光电转化功率的方针也在15%以上。跟着技能的展开和研讨的深化，CIGS电池的功能将会快速进步，行将成为未来薄膜太阳能组件的干流产品。
