CIGS薄膜太阳能电池解析ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,CIGS薄膜太阳能电池介绍,二、,铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池介绍,三、,铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池介绍,CIGS薄膜太阳能电池介绍,1,学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。,铜铟镓硒薄膜太阳能电池是多元化合物薄膜电池的重要一员，由于其优越的综合性能，已成为全球,光伏,领域研究热点之一。,按,制,备,材,料,的,不,同,硅基太阳能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,纳米晶太阳能电池,主要:GaAs CdS,CIGS,目前,综合性能最好,的薄膜太阳能电池,硅基太阳能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,硅基太阳能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,纳米晶太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,硅基太阳能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,纳米晶太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,硅基太阳能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,纳米晶太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,硅基太阳能电池,纳米晶太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,硅基太阳能电池,纳米晶太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,硅基太阳能电池,纳米晶太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,目前,综合性能最好,的薄膜太阳能电池,主要:GaAs CdS,CIGS,目前,综合性能最好,的薄膜太阳能电池,主要:GaAs CdS,CIGS,目前,综合性能最好,的薄膜太阳能电池,硅基太阳能电池,纳米晶太阳能电池,有机聚合物太阳,能电池,多元化合物薄膜,太阳能电池,主要:GaAs CdS,CIGS,目前,综合性能最好,的薄膜太阳能电池,一、,第三代太阳能电池,学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三,2,二、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池介绍,简介,铜铟硒太阳能薄膜电池（简称铜铟硒电池）是在玻璃或其它廉价衬底上沉积若干层金属化合物半导体薄膜，薄膜总厚度大约为23微米，利用太阳光发电。铜铟硒电池具有成本低、性 能稳定、抗辐射能力强等特性，光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，正是由于其优异的性能被国际上称为下一时代的廉价太阳能电池，吸引了众多机构及专家进行研究开发。但因为铜铟硒电池是多元化合物半导体器件，具有复杂的多层结构和敏感的元素配比，要求其工艺和制备条件极为苛刻，目前只有美国、日本、德国完成了中试线的开发，但尚未实现规模化生产。,二、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池介绍简介,3,突出特点：CIS 太阳电池有转换效率高、制造成本低、电池性能稳定三大突出的特点。,转换效率高,CIS薄膜的禁带宽度为1.04eV，,通过掺入适量的Ga（镓）以替代部分In,，成为Cu In1=xGaxSe2(简称CIGS)混溶晶体，薄膜的禁带宽度可在1.041.7 eV 范围内调整，这就为太阳电池最佳带隙的优化提供了新的途径。所以,C IS(C IGS)是高效薄膜太阳电池的最有前途的光伏材料。美国NREL 使用三步沉积法制作的C IGS 太阳能电池的最高转换效率为19.5%，是薄膜太阳电池的世界纪录。,制造成本低,吸收层薄膜CuInSe2是一种直接带隙材料，光吸收率高达105量级，最适于太阳电池薄膜化，电池厚度可以做到23Lm，降低了昂贵的材料消耗。CIS 电池年产1.5MW，其成本是晶体硅太阳电池的1/21/3，能量偿还时间在一年之内，远远低于晶体硅太阳电池。,电池性能稳定,美国波音航空公司曾经制备91cm2的C IS 组件，转换效率为6.5%。100MW/cm2光照7900 h 后发现电池效率没有任何衰减，西门子公司制备的CIS电池组件在美国国家可再生能源实验室(NREL)室外测试设备上，经受7年的考验仍然显示着原有的性能。,突出特点：CIS 太阳电池有转换效率高、制造成本低、电池性能,4,三、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池介绍,以铜铟镓硒为吸收层的高效薄膜太阳能电池，简称为铜铟镓硒电池CIGS电池。其典型结构是：Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2。（多层膜典型结构：金属栅/减反膜/透明电极/窗口层/过渡层/光吸收层/背电极/玻璃）,CIGS薄膜电池组成可表示成Cu(In1-xGax)Se2的形式，具有黄铜矿相结构，是CuInSe2和CuGaSe2的混晶半导体。,三、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池介绍 以铜,5,CIGS的晶体结构,CuInSe,2,黄铜矿晶格结构,CuInSe,2,复式晶格:a=0.577,c=1.154,直接带隙半导体，其光吸收系数高达10,5,/cm量级,通过掺入适量的Ga以替代部分In，形成CulnSe,2,和CuGaSe,2,的固熔晶体,Ga的掺入会改变晶体的晶格常数，改变了原子之间的作用力,最终实现了材料禁带宽度的改变，在1.04一1.7eV范围内可以根据设计调整，以达到最高的转化效率,CIGS的晶体结构CuInSe2黄铜矿晶格结构CuInSe2,6,非晶硅薄膜太阳能电池的优点,低成本,能量返回期短,大面积自动化生产,高温性好,弱光响应好(充电效率高),其他,非晶硅薄膜太阳能电池的优点低成本,7,低成本,单结晶硅太阳电池的,厚度0.5um,。,主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的,硅烷,，这种气体，化学工业可大量供应，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太阳能电池的原材料本约RMB3.5-4（效率高于6%）,且晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200多倍，大规模生产需极大量的半导体级，仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的65-70%，在中国1瓦晶体硅太阳电池的硅材料成本已上升到RMB22以上。,从原材料供应角度分析，人类大规模使用阳光发电，最终的选择只能是非晶硅太阳电池及其它薄膜太阳电池，别无它法！,低成本,8,能量返回期短,转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回的时间约为1.5-2年，这是晶硅太阳电池无法比拟的。,大面积自动化生产,目前，世界上最大的非晶硅太阳电池是Switzland Unaxis的KAI-1200 PECVD 设备生产的,1100mm*1250mm,单结晶非晶硅太阳电池，起初是效率高于9%。其稳定输出功率接近80W/片。,商品晶体硅太阳电池还是以,156mm*156mm,和,125mm*125mm,为主。,能量返回期短,9,短波响应优于晶体硅太阳电池,上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500瓦非晶硅太阳能电站，其,每千瓦发电量为1300KWh,，而,晶体硅太阳电池每千瓦的年发电量约为1100-1200KWh,。非晶硅太阳电池显示出其极大的使用优势。下图为该电站的现场照片，第一代非晶硅太阳电池的以上优点已被人们所接受。2003年以来全世界太阳能市场需求量急剧上升，非晶硅太阳电池也出现供不应求的局面。,CIGS薄膜太阳能电池解析ppt课件,10,非晶硅太阳能电池存在的问题,效率较低,单晶硅太阳能电池，单体,效率为14%-17%(AMO),，而柔性基体非晶硅太阳电池组件（约1000平方厘米）的,效率为10-12%,，还存在一定差距。,相同的输出电量所需太阳能电池面积增加，对于对太阳能电池占地面积要求不高的场合尤其适用，如农村和西部地区。,我国目前尚有约28000个村庄、700万户、大约3000万农村人口还没有用上电，60%的有电县严重缺电；光致衰减效应也可在电量输出中加以考虑，我们认为以上缺点已不成为其发展的障碍，非晶硅太阳能电池已迎来新的发展机遇。,非晶硅太阳能电池存在的问题效率较低,11,稳定性问题,非晶硅太阳能电池的,光致衰减,，所谓的W-S效应，是影响其大规模生产的重要因素。目前，柔性基体非晶硅太阳能电池稳定效率已超过10%，已具备作为空间能源的基本条件。,成本问题,非晶硅太阳能电池投资额是晶体硅太阳能电池的5倍左右,，因此项目投资有一定的资金壁垒。且，成本回收周期较长，昂贵的设备折旧率是大额回报率的一大瓶颈。,稳定性问题,12,非晶硅太阳电池的市场,大规模地成本发电站,1996年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的非晶硅电站,引起光伏产业振动。,Mass公司(欧洲第三大太阳能系统公司)去年从中国进口约5MWp的非晶硅太阳能电池。,日本CANECA公司年产25MWp的非晶硅太阳能电池大部分输往欧洲建大型发电站(约每座500KWp-1000KWp)。,德国RWESCHOOTT公司也具有30MWp年产量,全部用于建大规模太阳能电站。,非晶硅太阳电池的市场大规模地成本发电站,13,CIGS电池的发展历史及研究现状,70年代Bell实验室Shaly等人系统研究了三元黄铜矿半导体材料CIS的生长机理、电学性质及在光电探测方面的应用,1974年，Wagner利用单晶ClS研制出高效太阳能电池,制备困难制约了单晶ClS电池发展,1976年，Kazmerski等制备出了世界上第一个ClS多晶薄膜太阳能电池,80年代初，Boeing公司研发出转换效率高达9.4%的高效CIS薄膜电池,80年代期间，ARCO公司开发出两步(金属预置层后硒化)工艺，方法是先溅射沉积Cu、In层，然后再在H,Se中退火反应生成CIS薄膜，转换效率也超过10%,1994年，瑞典皇家工学院报道了面积为0.4cm,效率高达17.6%的ClS太阳能电池,90年代后期，美国可再生能源实验室(NREL)一直保持着CIS电池的最高效率记录，并1999年，将Ga代替部分In的CIGS太阳能电池的效率达到了18.8%，2008年更提高到19.9%,薄膜太阳,能电池发,展的历程,CIGS电池的发展历史及研究现状70年代Bell实验室Sha,14,CIGS的光学性质及带隙,CIS材料是直接带隙材料，Cu(In,Ga,Al)Se,2,其带隙在1.02eV-2.7eV范围变化，覆盖了可见太阳光谱,In/Ga比的调整可使CIGS材料的带隙范围覆盖1.0一l.7eV，CIGS其带隙值随Ga含量x变化满足下列公式其中，b值的大小为0.15一0.24eV,CIGS的性能不是Ga越多性能越好的，因为短路电流是随着Ga的增加对长波的吸收减小而减小的。,当x=Ga/(Ga+In)0.3时，随着x的增加，Eg减小，Voc也减小。,G.Hanna等也认为x=0.28时材料缺陷最少，电池性能最好。,CIGS的光学性质及带隙CIS材料是直接带隙材料，Cu(In,15,CIGS薄膜太阳能电池的结构,金属栅电极,减反射膜(MgF,2,),窗口层ZnO,过渡层CdS,光吸收层CIGS,金属背电极Mo,玻璃衬底,低阻AZO,高阻ZnO,金属栅电极,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,窗口层ZnO,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,窗口层ZnO,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,过渡层CdS,窗口层ZnO,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,过渡层CdS,窗口层ZnO,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,光吸收层CIGS,过渡层CdS,窗口层ZnO,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,光吸收层CIGS,光吸收层CIGS,过渡层CdS,光吸收层CIGS,过渡层CdS,光吸收层CIGS,窗口层ZnO,过渡层CdS,光吸收层CIGS,金属栅电极,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,窗口层ZnO,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,金属栅电极,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,窗口层ZnO,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,金属栅电极,减反射膜(MgF,2,),金属栅电极,减反射膜(