CIGS薄膜太阳能电池缓冲层材料的研究进展

?１３６?材料导报Ａ：综述篇２０１２年ｌｏ月（上）第２６卷第１０期ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池缓冲层材料的研究进展＋

王卫兵１，刘平２，李伟２，马凤仓２，刘新宽２，陈小红２

（１上海理工大学机械工程学院，上海２０００９３；２上海理工大学材料科学与工程学院，上海２０００９３）

摘要ＣＩＧＳ薄膜太阳能龟池的缓冲层为低带隙Ｃ１ＧＳ吸收层与高带隙ＺｎＯ窗口层之间形成过渡，减少两者带隙的晶格失配和带隙失调，并可防止溅射Ｚｎ０窗口层时给ＣＩＧＳ吸收层带来损害等，对提高ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池效率起了重要作用。介绍了ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池缓冲层材料的分类和制备工艺，主要阐述了ＣｄＳ、ＺｎＳ及ＩｎｚＳ３薄膜缓冲层材料及化学水浴法、原子层化学气相沉积法、金属化合物化学气相沉积法等制备工艺的研究现状，最后指出ＣＩＧＳ太阳能电池缓冲层在制备工艺、环境保护及大规模工业化生产中遇到的问题，并展望了其发展方向。

关键词ＣＩＧＳ太阳能电池缓冲层

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＢｕｆｆｅｒＬａｙｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓｏｆＣＩＧＳＴｈｉｎＦｉｌｍＳｏｌａｒＣｅｌｌ

ＷＡＮＧＷｅｉｂｉｎ９１，ＬＩＵＰｉｎ９２，ＬＩＷｅｉ２，ＭＡＦｅｎｇｃａｎ９２，ＬＩＵＸｉｎｋｕａｎ２，ＣＨＥＮＸｉａｏｈｏｎ９２

（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３）

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｓｏｆＣＩＧＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｃａｎｆｏｒｍｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ１ａｙｅｒｓｂｅｔｗｅｅｎ１０ＷｂａｎｄｇａｐＣＩＧＳａｂｓｏｒｂｅｒｌａｙｅｒｓａｎｄｈｉｇｈｂａｎｄｇａｐｏｆＺｎＯｗｉｎｄｏｗｌａｙｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｌａｔｔｉｃｅｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｂａｎｄｇａｐｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｓｄａｍａｇｅｏｆＣＩＧＳａｂｓｏｒｂｅｒｌａｙｅｒｆｒｏｍｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇＺｎＯｗｉｎｄｏｗｌａｙｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙＯｆＣＩＧＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．ＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣＩＧＳｔｈｉｍｆＪｉｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｍａｔｅｒｉａｌａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣｄＳ，ＺｎＳａｎｄＩｎ２Ｓ３ｔｈｉｎｆｉｌｍｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｂａｔｈｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＢＤ）。ａｔｏｍｉｃｌａｙｅｒｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＬＣＶＤ）。ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏ—ｓｉｔｉｏｎ（ＭＯＣＶＤ）ａｎｄｏｔｈｅｒｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｍａｔｅ－ｒｉａｌｓｏｆＣＩＧＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅｆｉｎａｌｌｙｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．

ＫｅｙｗｏｒｄｓＣＩＧＳ，ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ，ｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒ

０引言

ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池具有成本低、光电转化效率高、性能稳定等特点，是最有发展前景的新型光伏电池之一［１］，越来越受到人们的关注。１９７４年，美国Ｂｅｌｔ实验室的Ｗａｇｎｅｒ等［２３首先研制出了光电转化率为５％的单晶体ＣＩＳ太阳能电池。１９８２年波音（Ｂｏｅｉｎｇ）公司的Ｃｈｅｎ等［３］采用蒸发Ｃｄｌ。一Ｚ珥Ｓ代替ＣｄＳ为缓冲层，与ＣＩＳ多晶体薄膜形成异质结，提高了器件的开路电压，使ＣＩＳ多晶体太阳能电池的光电转化率达到１０．６％。１９８５年，Ｐｏｔｔｅｒ等［４１研究出了以ＣＩＳ为吸收层、ＣｄＳ为缓冲层、Ｚｎ０为窗口层结构的新型电池，很好地改善了电池的性能。随着ＣＩＧＳ太阳能电池的逐渐发展，２００８年美国可再生能源实验室（ＮＲＥＬ）制备了光电转化效率为１９．９％的ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池ｂｊ。２０１０年４月，德国太阳能和氢能研究机构（ＺＳＷ）创造了光电转化效率为２０．１％的记录，同时也标志着ＣＩＧＳ太阳能电池的光电转化效率首次突破２０％。２０１０年８月ＺＳＷ又报道了ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池光电转化效率达２０．３％［６］，这是迄今为止最好的光电转化效率，与多晶体硅太阳能电池的光电转化效率的差距缩ｄ，Ｎ了０．１％。ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池的典型结构由玻璃衬底、底电极Ｍｏ层、ＣＩＧＳ吸收层、缓冲层、ｉ－ＺｎＯ和Ａｌ—Ｚｎ０窗口层、减反射层及顶电极７层材料组成［７］。

缓冲层是低带隙ＣＩＧＳ与高带隙Ｚｎ０窗口层之间的过渡层，其减少了两者之闭的带隙台阶与晶格失配，调整导带边失调值，对提高ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池的ｐｎ结质量有重要作用。由于沉积方法与制备工艺条件的不同，缓冲层还有修复ＣＩＧＳ吸收层表面及防止溅射ＺｎＯ窗口层时给ＣＩＧＳ吸收层带来损害等作用∞］。很多学者和专家对缓冲层的重要性做了论证，结果表明，加缓冲层ＣｄＳ或含ＣｄＳ的ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池与不加时的光电转化率相差４％～６％［９］。本文综述了常用缓冲层材料及缓冲层制备工艺的研究现状，并指出了其存在的问题，展望了其发展方向。

＊上海市科技攻关项目（０８１１０５１１６００）；上海市教委重点学科项目（Ｊ５０５０３）

王卫兵：男，硕士研究生，主要从事ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池的研究Ｔｅｌ：０２１—５５２７１６９２Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｗｂ４２１＠１６３．ｃｏｒｎ刘平：男，教授，博士生导师，主要从事金属功能材料的研究和开发

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