碲化镉与铜铟镓硒对比报告
铜铟镓硒太阳能电池
实验室制法简介
• 制法名称：共蒸发法 • 利用共蒸发法的原因：产生薄膜效率最高、设备要求最高 • 步骤：第一步：共蒸发In，Ga和Se沉积在Mo覆盖的玻璃 衬底上，衬底温度250—400℃，形成InGa-Se层。 第二步：共蒸发Cu和Se沉积在In-Ga-Se层上，衬 底温度升高至大于540℃，形成富Cu的 CIGS层。 第三步：就是少量的In，Ga，Se沉积以形成 少量贫铜的CIGS薄膜，衬底温度同第二 步
工艺步骤四-高温硒化
真空或氩气环 境下Se高温 蒸发。 Se蒸汽和预 制膜反应生成 CIGS。
CuIn0.7Ga0.3Se2表征
•溅射硒化法优点
• 可以比较精确的调节各元素的化学配比 • 薄膜的致密性高，使用寿命长 • 原材料的利用率高，对不需要沉积薄膜的地方加 以屏蔽，可减少对真空室的污染 • 薄膜均匀性较好，有利于制造大面积CIS电池 • 步骤四应用的固态源硒化法。这一方式可避免使 用剧毒的H2Se气体，因此操作更加安全，设备也 相对简单。
5 能源回收周期短
太阳能电池是很好的可再生能源技术，可以解决我 们人类的能源需求问题又不不污染环境，但是生产太阳能 电池本身也需要消耗一定的能源。评估一个可再生能源装 置是否真正环保，除了转换效率，更重要的是使用该装置 所产生的再生能源，需要多长时间才能相当于当初生产时 所消耗的能源总量，即所谓能换回收周期。根据美国能源 总署（U.S.Department of Energy）研究，以30年寿命的 太阳能装置为例，晶硅太阳能电池的回收期间为2~4年， 而薄膜太阳能电池为1~2年。换而言之，每一个太阳能发 电系统，可享有26~29年真正无污染的期间，而采用CIGS 太阳能无疑是最佳选择。
铜铟镓硒
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池技术综述一、薄膜太阳电池概术铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池由于效率高、无衰退、抗辐射、寿命长、成本低廉等特点，是备受人们关注的一种新型光伏电池产品，经过近30年的研究和发展，其光电转化效率为所有已知薄膜太阳能电池中最高的。
而且其光谱响应范围宽，在阴雨天条件下输出功率高于其他任何种类太阳电池，因而成为最有前途的光伏器件之一。
铜铟镓硒CuInSe2（简称CIS）薄膜材料是属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物直接带隙半导体，光吸收系数达到105量级，薄膜厚度约为1-2μm就能吸收太阳光，其禁带宽度为1.02eV。
通过掺入适量的Ga元素以代替部分的In，成为CuInSe2与CuGaSe2（简称CGS）的固溶半导体CuIn1-xGaxSe2（简称CIGS）。
CIGS电池在制作过程中，通过控制不同的Ga掺入量，其禁带宽度可在1.02-1.67eV范围内调整，这就为太阳能电池的带隙优化提供了很好的途径。
二、国内外研究现状（一）国外研究进展CIGS薄膜太阳电池材料与器件的实验室技术在发达国家趋于成熟，大面积电池组件和量产化开发是CIGS电池目前发展的总体趋势，而柔性电池和无镉电池是近几年的研究热点。
美国国家可再生能源实验室（NREL）在玻璃衬底上利用共蒸发三步工艺制备出最高效率达19.9%的电池。
这种柔性衬底CIGS太阳电池在军事上很有应用前景。
近期，CIGS小面积电池效率又创造了新的记录，达到了20.1%，与主流产品多晶硅电池效率相差无几。
美国NREL和日本松下电器公司在不锈钢衬底上制备的CIGS电池效率均超过17.5%；瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）的科学家AyodhyaN.Tiwari领导的小组经过多年努力，完善了之前开发的柔性不锈钢衬底太阳能电池，实现了18.7%的效率。
由美国能源部国家光伏中心与日本“新能源和工业技术开发机构（NEDO）”联合研制的无镉CIGS电池效率达到18.6％。
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池效率经研究达到20%以上
６ ６
浙 江 电 力
２１ ０ ０年 第 １ ０期
同产 煤 区 选 择 若 干 家 具 有 典 型 代 表 性 的 火 电企
业 ，开 展 试 点 。二 是 要 开 展 除 汞 技 术 示 范 ，尽 快 制 定 和论 证 试 点 方 案 ，力 争 明年 开 展 试 点 工 程 ．
铜铟镓硒 （ Ｉ ） Ｃ ＧＳ 薄膜 太 阳 能 电池 效 率 经 研 究 达 到 ２ ％ 以 上 ０
协 会 太 阳能 系 统 研 究 所 （ ｒｕ ｈ ｆｒ Ｓ 对 该 新 成 Ｆａ ｎ ｏｅ Ｅ） Ｉ
威 胁 人 类 健 康 。在 过 去 的 十 几 年 间 ， 界 范 围 内 世
环境 中汞 的 浓 度持 续 上 升 ， 已经 引 起 各 国政 府 和 环 保 组 织 的 极 大关 注 成 为 继 气候 变 化 问 题 后 的 又 一 个 全 球 环 境 问题 据 估 算 ， 球 人 为 汞排 放 全 的 ４ ％来 自燃 煤 火 电 行业 已经 成 为 汞 污 染 控 制 ５
１ 发 电 量
２ 供 电 量
（ ）０ ０年 ９月 浙 江 电 网 用 电 量 ２ １ ０ ２ ３ ３ １２ １ ５ ７ ．５万 ｋ Ｗｈ， 比 上 年 同 期 增 长 ｌ ．３ ，年 度 累 计 ２４ ％
１ ５ １ ．３万 ｋ 最 高 Ｅ 用 电 量 ８ ９ ．４万 ｋ ７ ９ ３５ ４６ ｗｈ ｔ ３ ３６２ ｗｈ，平 均 日用 电 量 ７ ６ ５ ７ ｌ ７ ．８万 ｋ 。 Ｗｈ （ ）０ ０年 ９月 浙 江 电 网最 高 负荷 为 ３９ ６万 ｋ ，出现 在 ８ 日 １ ：５时 ，比上 年 同期 增 长 １ ．６ ２２ １ ９ Ｗ ０２ ７９ ％，
该 电池 面 积 为 ０５ｍｍ 。Ｃ Ｇ ． Ｉ Ｓ半 导 体 层 与 接 触 层 总 厚 度 仅 为 ４Ｉ ｚ ． ｍ，是 标 准 硅 电池 的 １ ０ ／ 。 ５ Ｚ Ｗ 董 事 兼 光 伏 发 电 部 门 主 管 Ｍｉ ａｌＰ ｗ ｌ Ｓ ｃ ｅ ｏ ａｌ ｈ ａ 博 士 表 示 ，Ｃ ＧＳ实 验 室 研 究 人 员 采 用 经 改 良 的 Ｉ 共 蒸 镀 技 术 进 行 电池 制造 ，原 则 上 可 实 现 放 大 并 应 用 于 商 业 生 产 。德 国位 于弗 莱 堡 的弗 劳 恩 霍 夫
铜铟镓硒 应用场景-概述说明以及解释
铜铟镓硒应用场景-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铜铟镓硒（CIGS）是一种复合半导体材料，由铜、铟、镓和硒元素组成。
这种材料具有优异的光电性能和热稳定性，因此在人们的关注下，被广泛应用于太阳能电池领域。
CIGS太阳能电池是一种高效率、薄膜型的太阳能电池。
相较于普通硅太阳能电池，CIGS太阳能电池具有更高的光电转换效率，更好的光吸收能力和较高的能量转换效率。
这使得CIGS太阳能电池在太阳能发电系统中具有更广泛的应用前景。
除了太阳能电池领域，CIGS材料还可应用于其它领域。
例如，在光电器件中，CIGS薄膜可以制成高性能的光电二极管、光探测器和光调制器等。
此外，CIGS材料还可用于制备光电导体、柔性电子器件和光催化剂等。
随着节能环保理念的不断提升，CIGS作为一种绿色材料，逐渐受到人们的关注和重视。
其在太阳能领域的广泛应用和其他领域的潜力开发，将为可再生能源和高效能源利用做出积极的贡献。
本文将针对CIGS材料的应用场景进行深入的探讨和研究。
接下来将重点介绍CIGS在太阳能电池、光电器件和其它领域的应用，以及这些应用的优势和潜在的挑战。
通过对CIGS材料的全面了解，我们能够更好地认识到它在现代科技领域的巨大价值，并推动其在未来的进一步发展和应用。
1.2文章结构2. 正文2.1 应用场景12.2 应用场景22.3 应用场景32.4 应用场景4文章结构部分的内容：本文将从不同的角度介绍铜铟镓硒（CIGS）的应用场景。
首先，将探讨CIGS在太阳能领域的应用，包括光伏发电和太阳能照明系统。
其次，将介绍CIGS在电子设备中的应用，如高性能薄膜晶体管、薄膜电池和柔性显示器。
然后，将介绍CIGS在光催化和光电催化领域的应用，如水分解和有机污染物降解。
最后，将探讨CIGS在传感器和医疗设备中的应用，如生物传感器和人工智能健康监测设备。
通过对这些应用场景的探讨，可以更好地了解CIGS在不同领域中的优势和潜力。
文章1.3 目的部分的内容可以如下所示：目的：本文旨在探讨铜铟镓硒材料的应用场景，进而展示其在不同领域的潜在价值和发展前景。
铜铟镓硒
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池技术综述一、薄膜太阳电池概术铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池由于效率高、无衰退、抗辐射、寿命长、成本低廉等特点，是备受人们关注的一种新型光伏电池产品，经过近30年的研究和发展，其光电转化效率为所有已知薄膜太阳能电池中最高的。
而且其光谱响应范围宽，在阴雨天条件下输出功率高于其他任何种类太阳电池，因而成为最有前途的光伏器件之一。
铜铟镓硒CuInSe2（简称CIS）薄膜材料是属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物直接带隙半导体，光吸收系数达到105量级，薄膜厚度约为1-2μm就能吸收太阳光，其禁带宽度为1.02eV。
通过掺入适量的Ga元素以代替部分的In，成为CuInSe2与CuGaSe2（简称CGS）的固溶半导体CuIn1-xGaxSe2（简称CIGS）。
CIGS电池在制作过程中，通过控制不同的Ga掺入量，其禁带宽度可在1.02-1.67eV范围内调整，这就为太阳能电池的带隙优化提供了很好的途径。
二、国内外研究现状（一）国外研究进展CIGS薄膜太阳电池材料与器件的实验室技术在发达国家趋于成熟，大面积电池组件和量产化开发是CIGS电池目前发展的总体趋势，而柔性电池和无镉电池是近几年的研究热点。
美国国家可再生能源实验室（NREL）在玻璃衬底上利用共蒸发三步工艺制备出最高效率达19.9%的电池。
这种柔性衬底CIGS太阳电池在军事上很有应用前景。
近期，CIGS小面积电池效率又创造了新的记录，达到了20.1%，与主流产品多晶硅电池效率相差无几。
美国NREL和日本松下电器公司在不锈钢衬底上制备的CIGS电池效率均超过17.5%；瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）的科学家AyodhyaN.Tiwari领导的小组经过多年努力，完善了之前开发的柔性不锈钢衬底太阳能电池，实现了18.7%的效率。
由美国能源部国家光伏中心与日本“新能源和工业技术开发机构（NEDO）”联合研制的无镉CIGS电池效率达到18.6％。
铜铟镓硒光吸收系数
铜铟镓硒光吸收系数铜铟镓硒(Copper Indium Gallium Selenide, CIGS)是一种用于太阳能电池的非常有前景的材料。
它具有较高的光吸收系数，使得它在吸收光能方面有着出色的性能。
本文将对铜铟镓硒的光吸收系数进行全面评估，并探讨其在太阳能领域的应用前景。
1. 什么是光吸收系数？光吸收系数(Absorption Coefficient)是一个描述光在材料中被吸收的能力的物理参数。
它表示单位距离内材料吸收入射光能量的减少程度。
在太阳能电池中，光吸收系数越高，材料吸收光能的能力就越强。
2. 铜铟镓硒的光吸收系数铜铟镓硒是一种多晶薄膜太阳能电池材料，其在吸收光能方面表现出色。
根据研究，铜铟镓硒的光吸收系数高达10^5 cm-1数量级，相比其他太阳能电池材料如硅(Si)和钙钛矿等，具有明显优势。
这使得铜铟镓硒能够在较低的厚度下吸收足够的光能，从而降低太阳能电池的成本。
3. 铜铟镓硒的应用前景铜铟镓硒材料因为其高光吸收系数而在太阳能领域内备受关注。
它可以用于制造高效率的薄膜太阳能电池，其电池转换效率可以达到20%以上。
由于铜铟镓硒的光学吸收范围广泛，能够有效吸收太阳光谱中较短波长的光线，因此在弱光条件下仍然具有出色的性能。
铜铟镓硒太阳能电池还具有较好的稳定性和可靠性。
4. 个人观点和理解作为太阳能电池材料的铜铟镓硒，其高光吸收系数使其在光吸收能力方面具有显著优势。
我认为这让铜铟镓硒成为未来可再生能源产业中的重要材料之一。
它的广泛应用前景不仅可以帮助推动太阳能技术的发展，而且可以降低太阳能电池的成本，促进可持续能源的普及和应用。
我对铜铟镓硒的光吸收系数持非常乐观的态度。
总结与回顾：通过对铜铟镓硒光吸收系数的全面评估，我们了解到铜铟镓硒在太阳能电池中具有出色的光吸收能力。
这种材料的高光吸收系数使得铜铟镓硒能够在较低的厚度下吸收足够的光能，并在较弱的光线条件下仍然保持较高的性能。
铜铟镓硒具有广阔的应用前景，可以帮助推动太阳能技术的发展，并减少太阳能电池的成本。
铜铟镓硒太阳能电池
工艺步骤四-高温硒化
真空或氩气环 境下Se高温 蒸发。 Se蒸汽和预 制膜反应生成 CIGS。
CuIn0.7Ga0.3Se2表征
•溅射硒化法优点
• 可以比较精确的调节各元素的化学配比 • 薄膜的致密性高，使用寿命长 • 原材料的利用率高，对不需要沉积薄膜的地方加 以屏蔽，可减少对真空室的污染 • 薄膜均匀性较好，有利于制造大面积CIS电池 • 步骤四应用的固态源硒化法。这一方式可避免使 用剧毒的H2Se气体，因此操作更加安全，设备也 相对简单。
1 光吸收能力强 CIGS太阳能电池由Cu（铜）、In（铟）、 Ga（镓）、Se（硒）四种元素构成最佳比例的 黄铜矿结晶作为吸收层，可吸收光谱波长范围广， 除了晶硅与非晶硅太阳能电池可吸收光的可见光 谱范围，还可以涵盖波长在700~1200nm之间的 红外光区域，即一天内可吸收光发电的时间最长， CIGS薄膜太阳能电池与同一瓦数级别的晶硅太 阳能电池相比，每天可以超出20%比例的总发电 量
• 共蒸发法治铜铟镓硒吸收层的缺点：
薄膜的均匀性比较难控制，材料浪费严重,不能满 足大规模产业化的要求。 薄膜与衬底结合能力差,影响使用寿命 制备符合化学计量比具有黄铜矿结构的多晶薄膜NREL USA NREL USA Empa 瑞士 衬底 玻璃 效率 19.9% 组织 南开 衬底 效率 >13% 柔性不 >9% 锈钢 17%
• 传统硅晶电池：由硅晶体组成,电池主要部 分易碎,易产生隐形裂纹,大多有一层钢化 玻璃作为防护,造成重量大,携带不便,抗震 能力差,造价高,效率或多或少降低 • 薄膜电池：克服了上述缺点，重量轻,厚度 薄.可弯曲,易携带,克服了上述缺点,但并没 有传统硅晶电池转化效率高.
铜铟镓硒（CIGS）具有薄膜光伏的所有优点，性能 稳定、抗辐射能力强，光电转换效率目前是各种薄 膜太阳电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅 太阳电池转换效率，成本却是其1/3。被国际上称为 下一代的廉价太阳电池
能源材料铜铟镓硒太阳能电池
05
铜铟镓硒太阳能电池的未来发展前景
技术进步与成本降低
约。
生产过程环保压力大
03
铜铟镓硒太阳能电池在生产过程中会产生一定的环境污染，需
要采取有效的环保措施。
04
铜铟镓硒太阳能电池的应用场景
分布式发电系统
分布式发电系统是一种分散式的能源供应系统，能够满足特定区域内的能源需求 。铜铟镓硒太阳能电池作为分布式发电系统中的一种高效太阳能电池，具有较高 的光电转换效率和稳定性，能够为建筑物、家庭和商业设施提供可靠的电力供应 。
光伏电站的建设需要考虑地理位置、气候条件、土地资源等 因素，铜铟镓硒太阳能电池具有较高的光电转换效率，能够 提高光伏电站的发电量和经济效益。
移动能源系统
移动能源系统是指能够移动的能源供应设备，如电动汽车、无人机等。铜铟镓硒太阳能电池作为一种轻便、高效的光伏器件 ，在移动能源系统中具有广泛的应用前景。
性能稳定。
弱光性能好
在弱光条件下，铜铟镓 硒太阳能电池也能保持 较好的光电转换效率。
适用范围广
铜铟镓硒太阳能电池可 在不同气候和环境下使 用，具有较广的应用范
围。
局限性
成本高
01
铜铟镓硒太阳能电池的制造成本较高，导致市场价格相对较高。
对原料依赖性强
02
铜铟镓硒太阳能电池的原料供应有限，对产业发展存在一定制
分布式发电系统通常采用并网运行方式，将铜铟镓硒太阳能电池与其他可再生能 源技术相结合，如风能、地热能等，实现多种能源的互补和优化。
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碲化镉与铜铟镓硒对比报告
主要特点对比
注：科技发展迅速，数据可能不精准。
薄膜光伏太阳能电池
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薄膜太阳能电池。
薄膜光伏太阳能电池（TF PV）已经是光伏技术中最耀眼的一员，其生产份额不断扩张。
TF PV
以其低成本、低重量和灵活性而发展。
TF PV太阳能电池有几种不同种类，包括铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能板和碲化镉（CdTe）太阳能板。
根据《走向成功的薄膜光伏》和《薄膜、有机、可印刷光伏市场：2007-2015》研究报告中的预测，由于采用简单印刷和roll-to-roll（R2R）制造
工艺降低了成本，新产能的增加，以及通过技术改进提高了效率，这些都将使得TF PV成为市
场的主要角色，TF PV太阳电池将取代目前市场上由传统的晶硅制造的PV面板而成为主流技术。
铜铟镓硒
CIGS电池具有与多晶硅太阳能电池接近的效率，具有低成本和高稳定性的优势，并且产业化瓶颈已经突破，在晶体硅太阳能电池原材料短缺的不断加剧和价格的不断上涨背景下，很多公司投入巨资，CIGS产业呈现出蓬勃发展的态势。
目前全球有30多家公司置身于CIGS产业，但真
正进入市场开发的公司只有德国的Wuerth（伍尔特）、Surlfulcell，美国的Global Solar Energy，日本的Honda（本田）、Showa Solar Shell。
2006年、2007年世界CIGS电池组件产能分别
为17.5MW、60.5MW，在世界光伏市场上占据的份额很小。
中国的CIGS产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”计划为依托，建设0.3MW中试线，现已制备出30cm×30cm效率为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布与德国的Johanna合作，独家引进了中国首条CIGSSe（铜铟镓硫
硒化合物）商业化生产线。
预计未来几年，CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能电池的销售将会加速增长，到2015年，CIGS将占薄膜太阳能电池市场的43.3%。
●优点：
CIGS电池具有性能稳定、抗辐射能力强等优势，光电转换效率在各种薄膜太阳能电池中也名列前茅，已接近于晶体硅太阳能电池的转换效率，成本却是其1/3。
另外，CIGS还有光吸收能力强（还可以涵盖波长在700~1200nm之间的红外光区域），能源回收周期短（晶硅太阳能电池的回收期间为2-4年，而薄膜太阳能电池为1-2）的优点。
正是因为性能优异，CIGS电池被国际上称为下一代的廉价太阳能电池，无论是在地面阳光发电还是在空间微小卫星动力电源的应用上都具有广阔的市场前景。
铜铟镓硒太阳能电池板也可做成柔性，其均匀的颜色和稳定的性能，更加适合与建筑一体化的应用，因此，光伏建筑市场将是该类电池的主要市场。
●缺点：
制程复杂，投资成本高。
关键原料的供应不足。
缓冲层CdS具有潜在的毒性。
CIGS薄膜太阳能电池的主要成分包括Cu、In、Ga、Se等稀有金属和有毒物质，因此寻找新型安全、廉价、无毒的替代材料成为研究热点。
目前主流的高性能CIGS电池制备工艺都要求高真空，使电池的成本难以下降，因此在CIGS电池的产业化发展的过程中，开发诸如电沉积、微粒沉积等非真空的低成本制备工艺也是CIGS太阳能电池研究的发展方向。
碲化镉
人们认为，碲化镉薄膜太阳能电池是太阳能电池中最容易制造的,因而它向商品化进展最快。
碲化镉薄膜太阳能电池在全球市场占有率上已经开始向传统晶体硅太阳能电池发起了挑战，碲化镉薄膜太阳能电池的领军企业美国First Solar公司一度成为全球市值最高的太阳能电池企业。
近年来，已经有许多国家的研究小组已经能够制造出转换效率12%以上的碲化镉薄膜太阳能电池。
中国CdTe薄膜电池的研究工作开始于上世纪80年代初。
90年代后期，四川大学太阳能材料与器件研究所，在冯良桓教授的带领下在我国开展了碲化镉薄膜太阳能电池的研究，并取得很好的成绩。
最近电池转换效率已经突破13.38%，进入了世界先进行列。
“十五”期间，CdTe电池研究被列入国家高技术研究发展计划“863”重点项目。
我国正处于实验室基础研究到应用产业化的快速发展阶段，CdTe电池的研究，今年的四川阿波罗太阳能科技开发股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太阳能电池核心材料产业化（为期两年，将建设拥有年产碲化镉50吨的生产线、硫化镉10吨生产线）。
●优点
碲化镉薄膜太阳能电池在生产成本大大低于晶体硅和其他材料的太阳能电池技术，其次它和太阳的光谱最一致，可吸收95%以上的阳光。
标准工艺，低能耗，生命周期结束后，可回收，强弱光均可发电，温度越高表现越好。
●缺点
碲的储量有限。
碲是地球上的稀有元素，发展碲化镉薄膜太阳能电池面临的首要问题就是地球上碲的储藏量是否能满足碲化镉太阳能电池组件的工业化规模生产及应用。
过去碲是以铜，铅，锌等矿山的伴生矿副产品形式，也就是矿渣，以及冶炼厂的阳极泥等废料的形式存在。
虽然据相关报道，地球上已知有碲十数万吨，且130~140公斤碲即可以满足1MW
碲化镉薄膜太阳能电池的生产需要，但是跟硅的储量根本无法相提并论。
镉可能的危害。
由于碲化镉薄膜太阳能电池含有重金属元素镉，使很多人担心碲化镉太阳能电池的生产和使用对环境的影响。
多年来，一些公司和专家不愿步入碲化镉太阳能电池的开发和生产就是因为这个原因。
但研究表明，碲化镉太阳能电池的镉释放量相对于石油，天然气要少，在生产、使用等方面是环境友好的。
附注：。