铜铟镓硒太阳能电池39页PPT
钙钛矿铜铟镓硒叠层太阳能电池结构
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太阳能电池ppt-PPT课件
启明物理0901班 庞贵明
导读
★太阳能电池的产生背景 ★太阳能电池的发展历程及现状 ★太阳能电池的原理 ★太阳能电池的分类 ★结束语
太阳能电池的产生背景
自从两次工业革命以后，煤、石油、天然气等化石燃 料相继被广泛地应用到生产生活的各个方面。随着社会经 济的不断发展和人类文明的不断进步，人类对能源的需求 量不断飞速增长。 然而，这些曾经被人们广泛应用并且现在还在被使用 的基本都是不可再生能源。其有限的储量与人类无限的需 求之间构成了不可调和的矛盾。 其次，煤、石油、天然气等化石燃料燃烧后会产生大 量的二氧化碳气体，造成温室效应，加速全球气候变暖， 给人类及其他动植物的生存构成巨大挑战。
太阳能电池的产生背景
再者，这些不可再生能源的大量使用，还会产生环境 污染、生态破坏等严重问题。 因此，开发一种储量巨大、清洁、无污染的可再生能 源已经成为当今社会的广泛共识。 与常规能源相比，太阳能具有三大优势： 其一，它是人类可以利用的最丰富的能源。据统计， 在过去的漫长的十几亿年中，太阳只消耗了它本身能量的 2%。按照这种速度计算，太阳足以供给人类使用几十亿 年，可谓取之不尽、用之不竭。
太阳能电池的发展历程及现状
1839年，法国物理学家贝克勒尔（E.Becquerel）发现液 体的光生伏特效应 【光生伏特效应：半导体受到光照时产生电动势的现象】 1877年，亚当斯（W.G.Adams）研究了硒的光伏效应， 并制作了第一片硒太阳能电池 1883年，美国发明家查尔斯描述了第一块硒太阳能电池的 原理 1918年，波兰科学家Czochralski发展了生长单晶硅的提 拉法工艺 1941年 奥尔在硅上发现光伏效应
太阳能电池的产生背景
其二，在地球上，只要有光照的地方都有太阳能，这 样我们就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对于 交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有实用价值。 其三，太阳能是一种十分清洁的能源。在开发和利用 太阳能时，不会产生废渣、废水和废气；也没有噪音，更 不会产生大气污染、影响生态平衡等环境问题。 因此，太阳能是一种非常合适的新能源，研究和开发 太阳能，对于我们人类今后的生产生活乃至生存发展历程及现状
铟矿资源报道之二——铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池行业
铟矿资源报道之二——铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池行业一、薄膜电池行业概述由于晶体硅电池成本长期处于高位，业内一直通过提升电池转换效率、降低硅片切割厚度等技术来降低成本。
与此同时，薄膜电池作为第二代太阳能电池逐渐受到行业关注并增长迅速。
图1：光伏电池分类关于光伏电池未来的发展趋势：晶体硅电池随着工艺的不断改进、成本的持续下降，短期内依然处于主导地位。
而薄膜涂层电池由于其低成本的特点，其在转换效率方面还有提升的空间，未来市场份额势必会有明显的增长。
而从市场预测情况来看，未来薄膜电池中CIGS薄膜电池的增速最为明显。
1 CIGS 薄膜电池概况CIS是CuInSe2的缩写，是一种Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体材料。
由于它对可见光的吸收系数非常高，所以是制作薄膜太阳电池的优良材料。
以P型铜铟硒(CuInSe2)和N型硫化镉(CdS)做成的异质结薄膜太阳电池具有低成本，高转换效率和近于单晶硅太阳电池的稳定性。
近年研究将Ga替代CIS材料中的部分In，形成CuIn1-xGaxSe2(简称CIGS)四元化合物。
由ZnO/CdS/CIGS结构制作的太阳电池有较高的开路电压，转换效率也相应地提高了许多。
CIGS电池在实验室已经达到19.9%的转换率，远高于其他薄膜电池。
二、CIGS薄膜电池优势1 薄膜电池的低成本优势所在，相对于晶硅电池材料成本便宜薄膜电池相对于晶硅电池最大的优势在于成本，在前几年多晶硅价格处于高位的时候，薄膜电池的成本优势更为明显。
通过我们前面的分析也可以看出，即使在近期多晶硅大幅下降的情况下，薄膜电池的成本优势依然明显。
CIGS薄膜电池具备相对于晶硅电池的成本优势，CIGS电池采用了廉价的玻璃做衬底，采用溅射技术为制备的主要技术，这样Cu，In，Ga，Al，Zn的耗损量很少。
而对大规模工业生产而言，如能保持比较高的电池的效率，电池的价格以每瓦计算会比相应的单晶硅和多晶硅电池的价格低得多。
另外，我们前面一直讨论的是光伏电站的初始建站成本，实际薄膜电池的弱光效应是其由于晶硅电池的另一大优势。
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％。
课题总结：铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池
课题总结：铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池的应用实例在专业课上常常听到诸多太阳能的应用，例如用太阳能屋顶代替传统的瓦片式屋顶，储能庞大的能源墙，节能实用的太阳能路灯，太阳能车，甚至是现在城市里广为使用的膜拜单车上都安有薄膜太阳能。
以下图1、图2、图3分别为太阳能应用实物图。
图1 四种不同的太阳能屋顶样式，由玻璃瓦片制成，内部嵌入太阳能电池图2 全新一代的能源墙最大能储存14kWh 的电量，是上一代的两倍图3 全太阳能飞机Solar Impulse 2，它的机翼上安装了超过1.7万个太阳能电池二、薄膜太阳能电池的工作原理薄膜太阳能电池的工作原理是基于PN结的光生伏打效应。
因此在介绍太阳能电池的结构之前我们先来简单了解一下PN结产生电能的过程。
图4 PN结的基本结构图5 PN结工作原理PN结是由采用掺杂工艺制成的P型半导体与N型半导体接触界面构成。
由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差，浓度差导致N区电子向P区扩散，P区空穴向N区扩散，从而形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。
达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差。
当太阳能照到半导体器件的PN结上，在 PN结电场作用下，空穴由 N 型区流向P 型区域，电子由 P 型区流向 N 型区，分别成 N 区过剩的电子和 P 区过剩的空穴，建立以 N区为负、P 区为正的光生电压，(如图6所示）接入负载后形成光生电流，即为太阳能电池的工作原理。
图6 晶片受光时电子转移情况也就是说，在有光照情况下，PN结就是一个光敏二极管，随着光照强度的变化，其内部会产生一定的光电流。
若施加一定的光照强度，光敏二极管相当于一个恒流源。
而在有光照而无外加电压时，光敏二极管相当于一个电池，P区为正，N区为负。
三、CIGS薄膜太阳能电池的结构图7 CIGS薄膜太阳能电池的结构图图7所示为CIGS的正置结构。
根据各层材料晶格失配问题、半导体性质和各层材料的能隙，选取如图材料作为CIGS的各层结构。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展现状、存在问题及发展趋势摘要本文主要介绍了铜铟镓硒薄膜太阳电池的性能、优点以及阐述了该种电池的国内外发展历史、现状和未来发展趋势。
CIS(CIGS)薄膜太阳能电池以其廉价、高效、接近于单晶硅太阳电池的稳定性和较强的空间抗辐射性能等优点而成为最具潜力的第三代太阳电池材料。
其中,吸收层CIGS材料是影响电池光电转化效率的关键因素，大量的研究发现,高质量的CIGS薄膜应具有较好的致密性及较大的晶粒以减少晶界缺陷,且材料的元素化学计量比偏离越小,薄膜的结晶程度、元素组分均匀性以及光学和电学特性就越好,对电池转换效率的提高也就越有利。
所以精确控制吸收层CIGS薄膜的成分比例,对于CIGS薄膜材料和器件的研究极为重要。
当前研究者们已采用多种方法来达到了这种要求,但最成功的方法一直是多源蒸发法，用该方法制备的电池效率已达到了19.5%[1]。
目前,国内所制备的CIGS太阳能电池的效率也已经超过了14%，可见CIGS薄膜是一种很有发展前途的太阳能电池材料。
关键词铜铟镓硒，薄膜，太阳能电池，吸收层1国内外发展历史当前能源危机和传统能源对环境造成的污染日益严重,开发清洁、可再生的能源显得日益重要。
而太阳能由于清洁无污染,取之不尽,用之不竭,因此开发利用太阳能成为世界各国可持续发展能源的战略决策,无论是发达国家还是发展中国家均制定了中长期发展计划,把光伏发电作为人类未来能源的希望。
铜铟镓硒薄膜(CIGS)太阳能电池由于转换效率较高、制作成本较低、没有性能衰减等优良特性而日益受到人们的广泛关注。
20世纪70年代发展起来的铜铟镓硒，简写为CIGS薄膜太阳电池, 属于多晶化合物半导体异质结太阳电池, 其前身为铜铟硒，简写为CIS太阳电池。
早在1974年,Wagner 等人研究了n 型硫化镉- p 型铜铟硒太阳电池, 其光电转换效率高达12%左右[2]。
实际上,这就是CIGS太阳电池的早期雏形。
由于在早期研究中CIS 太阳电池表现了优异光电特性, 使各国科学家在随后的20多年里开展了广泛深入的研究。
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缺点
1.制程复杂，投资成本高 2.关键原料的供应不足 3.缓冲层CdS具有潜在的毒性。
电池结构
结构：由上到下 依次为顶电极： 具有透明导电性 的铝掺杂氧化锌， 缓冲层：本征氧 化锌及硫化镉， 吸收层：铜铟镓 硒薄膜，背电极： 金属钼，衬底： 玻璃。
工作原理 图
工作原理
• 原理：阳光照在电池表面近硫化镉区域， 不同电荷的载流子分离，负电荷走向顶电 极，正电荷走向背电极，由此，太阳能便 源源不断的转化为可供我们使用的电能， 之所以具有较高的效率是因为铜铟镓硒材 料对太阳光的吸收能力极强。
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。
优点
2 发电稳定性高
由于晶硅电池本质上有光致衰减的特性，经过 阳光的长时间暴晒，其发电效能会逐渐减退， 而CIGS太阳能电池则没有光致衰减特性，发 电稳定性高。晶硅太阳能电池经过较长一段时 间发电后，或多或少存在热斑现象，导致发电 量小，增加维护费用，而CIGS太阳能电池能 采用内部连接结构、可避免此现象的发生，较 晶硅太阳能电池比所需的维护费用低。
我们先来看另外一种物质，CuInSe2具有较大的化学组 成区间,这意味着即使偏离定比组成1:1:2，该材料依然具 有黄铜矿结构以及相似的物理和化学性质-再者CuInSe2 甚至可以直接由其化学组成的调变得到,P型(Cu比例大) 或N型"’(In比例大)而不必借助外加杂质以上两者使得 CuInSe2具有非常优良的抗干扰,耐辐射能力0因而没有光辐射引致性能衰退效应,使用寿命长。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究
铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长，传统能源资源的枯竭和环境问题的日益严重，寻找清洁、可再生的能源已成为人类社会发展的迫切需求。
太阳能作为一种无限、无污染的可再生能源，越来越受到人们的关注。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池作为一种高效、低成本的太阳能电池技术，在近年来得到了广泛的研究和应用。
本文旨在全面深入地探讨铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状、发展趋势以及面临的挑战，以期为相关领域的研究者和技术人员提供有益的参考和启示。
本文将对铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本原理和性能特点进行详细介绍，以便读者对其有一个清晰的认识。
然后，本文将重点分析铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展，包括材料制备、结构设计、性能优化等方面，以及目前面临的主要问题和挑战。
在此基础上，本文将探讨铜铟镓硒薄膜太阳能电池的未来发展趋势，包括新型材料、新工艺、新技术等方面的研究和应用前景。
本文还将对铜铟镓硒薄膜太阳能电池在可再生能源领域的应用价值和前景进行展望，以期为推动该领域的发展提供有益的参考。
二、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本原理与结构铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池是一种基于多元金属硫化物吸收层的光伏器件，具有高效、低成本和环境友好等特点。
CIGS太阳能电池的基本原理是光电效应，即太阳光照射到电池表面时，光子被吸收层中的金属硫化物吸收并激发出电子-空穴对，这些载流子在电池内部电场的作用下分离并收集，从而产生光生电流。
透明导电层：通常采用氟掺杂氧化锡（FTO）或铟锡氧化物（ITO）等透明导电材料，用于收集光生电子并传输到外电路。
CIGS吸收层：是电池的核心部分，由铜、铟、镓和硒等元素组成的多元金属硫化物，具有较宽的吸收光谱和较高的光电转换效率。
缓冲层：位于CIGS吸收层与透明导电层之间，通常采用硫化镉（CdS）或硫化锌（ZnS）等材料，用于减少界面复合和提高电池性能。
金属背电极：通常采用铝（Al）或银（Ag）等金属材料，用于收集光生空穴并传输到外电路。