太阳能电池以薄膜太阳能电池为主，当太阳能照到半导体的PN结上，形成电子空穴对，在PN结电场作用下，电子有P区流向N区域，空穴从N极流向P区域，分别形成在N区过剩的电子和P区过剩的空穴的积累，建立一P区为正N区为负的光生电动势(光生电压)，接入负载后形成光生电流，这就是太阳能电池的工作原理。

• 中文名称 CIGS薄膜太阳能电池
• 工作原理 立一P区为正N区为负的光生电动势
• 结构 金属删、减反射膜、窗口层等
• 研制时间 1996年

太阳能电池的工作原理及特性

　　CIGS组成可表示成Cu(In(1-x) ,Ga (x))Se2的形式，具有黄铜矿结构，是CulnSer和CuGaSer的混晶半导体。CIGS是由IV族化合物衍生而来，其中I族化合物由I族(Cu)与m族(In)取代而形成三元化合物,Cu、In原子规则地填人原来卫族原子位置。这种电池的优势体现在以下几个方面。 (1) CIS是一种直接带隙的半导体材料,其能隙为1.04 eV(77 K), 对温度的变化不敏感。光吸收系数高达105 cm-1 ,是已知的半导体材料中光吸收系数最高的,对于太阳能电池基区光子的吸收、少数载流子的收集(即对光电流的收集)是非常有利的条件。这就是CdS/CuInSez太阳能电池(39 mA/cm2)具有这样高的短路电流密度的原因。电池吸收层的厚度可以降低到2~3μm,这样可以大大降低原材料的消耗。

　　(2)掺人适量Ga取代In制成CIGS四元固溶半导体,可以通过调整Ga的含量使半导体的禁带宽度在1.04~1.70eV变化,非常适合于调整和优化禁带宽度。如在膜厚方面调整Ga的含量,形成梯度带隙半导体,会产生背表面场效应，可获得更多的电流输出。据日本科学家小长井诚的预测,这种电池的光电转换效率将超过50%。能进行这种带隙裁剪是CIGS系电池相对于Si系和CdTe系电池的最大的优势。(3)转换效率高。1996 年，美国NERL制出了转换效率达17.7%的光电转化效率达到了国可再生能源实验室,用三步共蒸法制备的CIGS薄膜太阳能电池，18%的CIGS电池。德国在19.9%。日本的青山学院大学、松下电器也制成了转换效率超过18%CIGS电池。德国在CIGS的研究方面也几乎处于同一水平。而且在德国和日本已经进行了一定规模的民用的产业化生产。电池模块的转换效率达13%~14%。这比除了单晶硅以外的其他太阳能电池模块的转换效率都高

　　(4) CIGS的Na效应。对于Si系半导体,Na等碱金属元素是避之唯恐不及的半导体杀手，而在CIGS系中，微量的Na掺杂可以优化CIGS电池的电学性能,尤其能提高P型CIGS的传导率,也会提高转换效率和成品率,因此使用钠钙玻璃作为CIGS的基板,除了成本低、膨胀系数相近以外,还有Na掺杂的考虑。

　　(5) CIGS可以在玻璃基板上形成缺陷很少的、晶粒巨大的高品质结晶。而这种晶粒尺寸是其他的多晶薄膜无法达到的。

　　(6)电池的稳定性好。CIS 具有非常优良的抗干扰、抗辐射能力，没有光致衰退效应(SWE),该类太阳能电池的工作寿命长。有实验结果说明比寿命长的单晶硅电池的寿命(一般为40年)还长。 (7)制造成本较低。价格低廉，电池制造成本和能量偿还时间(电池发电量等于制造该电池的能耗所需时间)均低于晶体硅太阳能电池。

CIGS材料的电化学性质

　　材料的电化学性质(电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率)主要取决于材料的元素组分比，以及偏离化学计量比而引起的固有缺陷(如空位、填陷原子、替位原子)，此外还和非本征掺杂和晶界有关。

CIGS的研制

　　CIGS薄膜的禁带宽度为1.04ev，当掺入适当的Ga以替代部分In成为CuInSe2和CuGaSe2的固溶晶体简称CIGS，薄膜的禁带宽度可在1.04-1.7范围内调整。而理想多晶体薄膜太阳能的吸收层理想的禁带宽度为1.5，可见调整Ga和In的比例，我们可以获得理想禁带宽的吸收层。

　　CIGS薄膜太阳能电池的底电极Mo和上电极n - ZnO- -般采用磁控溅射的方法，工艺路线比较成熟。最关键的吸收层的制备有许多不同的方法，包括:蒸发法、溅射后硒化法、电化学沉积法、喷涂热解法和丝网印刷法等。研究最广泛、制备出电池效率比较高的是共蒸发和溅射后硒化法,被产业界广泛采用。后几种属于非真空方法，实际利用还有很多技术问题要克服。

CIGS吸收层制备工艺

　　CIGS 薄膜太阳能电池的主要制作工艺有:反应溅射、混和溅射、共蒸发、溅射硒化、全溅射、电沉积、丝网印刷等。