美国国家可再生能源实验室 2015电池效率图
CIGS薄膜太阳能电池解读
CIGS薄膜太阳能电池的结构
金属栅电极 减反射膜(MgF2) 窗口层ZnO 过渡层CdS 光吸收层CIGS 金属背电极Mo 玻璃衬底 高阻ZnO
低阻AZO
CIGS薄膜太阳能电池的结构
结构原理
减反射膜：增加入射率 AZO： 低阻，高透，欧姆接触 i-ZnO：高阻，与CdS构成n区 CdS： 降低带隙的不连续性，缓 冲晶格不匹配问题 CIGS： 吸收区，弱p型，其空间电 荷区为主要工作区 Mo: CIS的晶格失配较小且热膨 胀系数与CIS比较接近
测试设备主要有：台阶仪，SEM，XRD, RAMAN、分度光透射仪、I-V 分析系统等
铜铟镓硒（CIGS）太阳电池制造工艺路 线
清洁—基膜—单元或多元磁控溅射—沉积—硒化—防护膜—随机检 测—印刷—切割—检测—组装—检测—包装。
CIGS薄膜太阳能电池的制备
• CIGS薄膜太阳能电池的底电极Mo和上电极n-ZnO一般采用磁控溅射的 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，这些沉积制备方法包括:蒸发 法、溅射后硒法、电化学沉积法、喷涂热解法和丝网印刷法
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，随着的增加，Eg增加， Voc也增 加; x=0.3时带隙为1.2eV;当x>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
一、第三代太阳能电池
3.3 太阳能电池效率的极限、损失与测量解读
决定光生伏特大小的因素，是在耗尽区两边所 堆积的光生非平衡载流子的多少，而非子的多 少和复合速度有关系。 复合率越大，开压越小。
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二、效率的损失
3.填充因子损失
当考虑串联电阻Rs时：
Voc 特征电阻: Rch I sc
Rs 归一化串联电阻: rs Rch
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一、太阳电池转换效率的理论上限
2.开路电压Voc的考虑： 为什么最高效率比较低？
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一、太阳电池转换效率的理论上限
2.开路电压Voc的考虑：
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一、太阳电池转换效率的理论上限
3.填充因子FF的考虑：
在理想情况下，填充因子FF仅是开路电压Voc的 函数，可用以下经验公式表示：
二、效率的损失
1、短路电流损失
• (2)栅指电极遮光损失c
• 定义为栅指电极遮光面积在太阳电池总面积中所占的百 分比。对一般电池来说，c约为4%～15%。
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二、效率的损失
1、短路电流损失 (3)透射损失： 如果电池厚度不足够大， 某些能量合适能被吸收 的光子可能从电池背面 穿出。这决定了半导体 材料之最小厚度。
ILmax=qNph（Eg）
式中Nph(Eg)为每秒钟投射到电池上能量大于Eg的总光子数 。 2019/2/22 3/27
一、太阳电池转换效率的理论上限
1.短路电流Isc的考虑： 在AMO和AM1.5光照射下的最大短路电流值。
当禁带宽度减小时，短路电流密度增加。
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一、太阳电池转换效率的理论上限
薄膜太阳能电池的分类与发展历史
1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24.2%，为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14.7%。另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs，Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb，所得到的电池效率达到31.1%。
碲化镉太阳能电池
CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，带隙1.5eV，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好的PV材料，具有很高的理论效率（28%），性能很稳定，一直被光伏界看重，是技术上发展较快的一种薄膜电池。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。CdTe薄膜太阳电池通常以CdS ／CdT e异质结为基础。尽管CdS和CdTe和晶格常数相差10%，但它们组成的异质结电学性能优良，制成的太阳电池的填充因子高达F F =0.75。
制备CdTe多晶薄膜的多种工艺和技术已经开发出来，如近空间升华、电沉积、PVD、CVD、CBD、丝网印刷、溅射、真空蒸发等。丝网印刷烧结法：由含CdTe、CdS浆料进行丝网印刷CdTe、CdS 膜，然后在600～700℃可控气氛下进行热处理1h 得大晶粒薄膜. 近空间升华法：采用玻璃作衬底，衬底温度500～600℃，沉积速率10μm/min. 真空蒸发法：将CdTe 从约700℃加热钳埚中升华，冷凝在300～400℃衬底上，典型沉积速率1nm/s. 以CdTe 吸收层，CdS 作窗口层半导体异质结电池的典型结构：减反射膜/玻璃/（SnO2:F）/CdS/P-CdTe/背电极。电池的实验室效率不断攀升，最近突16%。20世纪90年代初，CdTe电池已实现了规模化生产，但市场发展缓慢，市场份额一直徘徊在1%左右。商业化电池效率平均族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。
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％。
对中国能源战略对策的评论0509—美国国家可再生能源实验室
LBNL-56609 对中国能源战略对策的评论美国劳伦斯·伯克利国家实验室乔纳森E.辛顿（Jonathan E. Sinton）雷切尔 E. 斯特恩（Rachel E. Stern）纳撒尼尔y亚丁（Nathaniel Aden）马克 D. 列文（Mark D. Levine）以及泰勒 J. 蒂拉欧大卫G. 弗雷德雷黄昱乔安娜 I. 刘易斯林江埃米 T. 麦凯恩林 K. 柏莱斯怀瑞恩周南美国可再生能源国家实验室吉恩Y. 库2005年5月16日本文得到中国可持续能源项目资助Evaluation of China’s Energy Strategy OptionsJonathan E. SintonRachel E. SternNathaniel AdenMark D. LevinewithTyler J. Dillavou David G. FridleyJoe Huang Joanna I. LewisJiang Lin Aimee T. McKaneLynn K. Price Ryan H. WiserNan ZhouLawrence Berkeley National LaboratoryandJean Y. KuNational Renewable Energy Laboratory16 May 2005Prepared for and with the support of the China Sustainable Energy Program本研究得到能源基金会、大卫与露茜尔·派克德基金会和威廉·弗洛拉和休利特基金会合盟的中国可持续能源项目、以及壳牌基金会可持续能源项目的大力支持。
劳伦斯·伯克利国家实验室也同时得到美国能源部能源效率及可再生能源助理部长的支持[合同号：DE-AC03-76SF00098]。
免责声明：美国政府、加州大学及其雇员均不对本报告所提供信息的准确性、完整性和有用性做出任何保证（包括适用于特定目的的保证），也不为此承担任何法律义务或责任。
PERC电池解决方案
晶硅电池的钝化-钝化膜的选择
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背钝化材料
膜单独出现在发射极面上。不过，氧化铝作为电介质可以很好地执行背面反射功 能。
其它备选的电介质——氧化硅 除了氧化铝这种理想材料外，还有其它几种材料也曾被认为可以用做背部钝化膜。 普遍认为，热生长的氧化硅可以为轻掺杂P 型表面，如光伏电池背面，提供很好 的表面钝化效果。这比目前其它钝化方案能更有效地降低介面能位。不同于其它 沉积过程，氧化硅的沉积事实上会消耗硅，氧化硅膜大约45% 的厚度靠硅片表面 的硅来形成。当氧化层厚度生长到100纳米左右时，开始具有背部内反射层性能。 不过，当覆上金属铝并加热至500 摄氏度以上时，这种在热生长的氧化硅将变得 不稳定，这在光伏电池的生产过程中很常见。虽然覆盖一层氮化硅可以避免出现 稳定问题，但还有以下原因导致氧化硅这种材料一直以来未能进入主流市场：首 先，加热条件下氧化层的生长是个缓慢过程，提高单片电池生产加热成本。其次，
在低辐照度条件下PERC电池弱光响应优于常规电池。
PERC电池性能
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PERC电池性能
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温度增加，红外波段的吸收增加。PERC电池的红 外波段量子效率高，其电流温度系数高。PERC电 池的开路电压更高，电压温度系数更低。所以 PERC电池的温度系数更低。
PERC的温度系数优于常规，其发电量受温度影响 相对更小，相同条件下，系统具有更高的发电量。
氧化铝的傲人之处在于固定负电荷密度非常高，每立方厘米超过1013 个。大 多数钝化膜带的都是正电荷，如氧化硅和氮化硅，而氧化铝则不同。在沉积过程 当中，负电荷恰好处在氧化铝和硅晶表面生成的氧化硅界面的交界处，可确保产 生高效的场钝化效果。氧化铝在化学钝化中的效果也非常好，扮演着高效的氢原 子库作用，在热处理过程中为硅基片提供充足的氢原子，使悬空键达到饱和。就 其光学性质而言，氧化铝膜的带隙为6.4eV，可以容许光伏电池所需的一部分阳 光透过。唯一的不足在于折射率很低，只有1.65，这使氧化铝不太适合作为增透
美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)
美国国家能源部可再生能源实验室（NREL）联系方式：网址：/contacts/电话：303-275-4090 （Public Affairs）Golden, Colorado Laboratories and Offices（科罗拉多州）National Renewable Energy Laboratory1617 Cole Blvd.Golden, CO 80401-3305电话：303-275-3000Washington, D.C. Office（华盛顿特区）National Renewable Energy Laboratory901 D. Street, S.W. Suite 930Washington, D.C. 20024-2157电话：202-488-2200简介：The National Renewable Energy Laboratory (NREL) is the nation's primary laboratory for renewable energy and energy efficiency research and development (R&D).NREL's mission and strategy are focused on advancing the U.S. Department of Energy's and our nation's energy goals. The laboratory's scientists and researchers support critical market objectives to accelerate research from scientific innovations to market-viable alternative energy solutions. At the core of this strategic direction are NREL's research and technology development competencies. These areas span from understanding renewable resources for energy, to the conversion of these resources to renewable electricity and fuels, and ultimately to the use of renewable electricity and fuels in homes, commercial buildings, and vehicles. The laboratory thereby directly contributes to our nation's goal for finding new renewable ways to power our homes, businesses, and cars.美国国家可再生能源实验室是美国可再生能源和能源效率研究和发展的重点实验室。
光伏电站系统效率分析
系统效率分析运行期光伏电站的生产工艺流程为：通过太阳辐照，经直流发电单元（将太阳能转化成直流电能，再经逆变产生交流电），出口电压为AC0.5/0.52kV，再经35kV升压箱变，将电压升至35kV后，由35kV集电线路汇集至电站35kV汇集站，再经110kV汇集站，电压升至110kV 后，然后输送至220kV升压站，经220kV主变压器二次升压后，通过220kV架空线路送入系统电网。
其发电工艺流程如下：（8）变压器损耗（9）系统故障及维护损耗结合XX项目实施的实际情况，参考《XX光伏发电项目招商文件》中评分标准的要求，技术方案中系统能力先进性（5分），81%得1分，系统效率最高值得5分；因此系统效率即使是重要的招商得分项，同时该参数又直接影响发电量和效益测评即投标申报电价，为科学合理的控制和了解本项目地的系统效率水平，使其尽可能向可操作、可实现的最高效率努力，系统效率基本取值分析如下：（1）不可利用的太阳辐射损耗根据项目地的地理位置、气候气象和太阳辐射数据当地的气象和太阳辐射特点，结合的阵本次对灰尘、植被等遮挡损耗取值为2.20%。
（3）温度影响损耗光伏组件工作温度可以由以下计算公式：Tc=(Ta+(219+832Kt)×(NOTC-20))/800NOCT=45°C，Kt晴朗指数0.7，Tc为光伏组件温度，Ta为环境温度?t=(Tc-25)×ɑ ，ɑ为光伏组件的温度功率衰减因子；结合农业种养殖的模式和当地气候、气温条件，根据光伏组件的温度效率系数≥-0.39%/℃的技术指标要求，利用收集到的典型月辐照度和温度数据，采用上述公式结合光伏组件的串并联等方案，进行不同辐射量和温度下的分析计算后，本次由温度引起的发（6）直流、交流线路损耗交直流损耗计算：交流线路有功功率损失：?P=3I2R直流线路有功功率损失：?P=I2R结合上述计算分析，本次对直流电缆损耗取值为2.0%，交流线路损耗取值为1.0%。