铜铟镓硒-cigs-薄膜太阳能电池研究
2009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
摘要
铜锢嫁硒Cu (InGa) Se, (CIGS)薄膜太阳能电池，具有转换效率高、成本低、稳定性好等特点，是最有发展前景的薄膜太阳能电池之一。到目前为止，基于三步共蒸发工艺制备的CIGS薄膜太阳能电池的效率已达19.99%，是所有薄膜太阳
能电池中最高的。尽管这种制备方法有很多优点，制备成分均匀的大面积电池却具有难以克服的困难，不能满足大规模产业化的要求。在CIGS薄膜太阳能电池产业化进程中，克服其层间的附着力差，制备符合化学计量比具有黄铜矿结构的多晶薄膜吸收层是必须解决的两个最重要的工艺技术。
本论文主要研究一种工艺简单、可控、适合产业化需要的技术工艺，即溅射制备合金预制膜后硒化的制备方法。研究采用的溅射系统，是本中心自行设计研制的三靶共溅设备，阴极大小为3英寸，衬底基座可以旋转，以保证制备薄膜的均匀。
首先，在碱石灰玻璃衬底上制备厚度约1微米的铝电极，在溅射过程中通过改变工作气压，使Mo电极具有类似层状结构，消除了内应力的影响。通过扫描电镜分析，薄膜表面具有鱼鳞状结构，从而增加了Mo电极和CIGS吸收层之间的
接触面积。Mo电极和玻璃衬底之间，及其和CIGS吸收层之间的附着力得到显著
提高。然后，在沉积有M。电极的玻璃衬底上，通过共溅射的方法制备约700纳
米厚度的Cu(工nGa)预制层薄膜，靶材采用CuIn和CuGa合金靶。硒化采用低温和高温过程依次进行的2步方法，采用固态硒源，硒化室是一个半密封的石墨盒。通过在高温区保温30分钟，制备出了性能优异的CIGS吸收层薄膜，具有(112)
晶面择优取向，显示明显的黄铜矿单一结构。薄膜表面平整，晶粒大小均匀、排列紧密，晶粒大小达到3到5微米。用化学水浴法，制备厚度约70纳米的US 过渡层。分别采用醋酸福和硫尿作为福源和硫源。研究了ZnS薄膜的制备工艺，对无福电池的制备做了初步探索。最后用射频磁控溅射的方法，研究了常温下制备透明导电材料ITO和Zn0的制备工艺，研究了溅射功率和溅射气压对薄膜性能
的影响。所制备的透明导电薄膜在可见光谱范围内，透过率到达80%到90%，方
块电阻达到15 S2/口以下。在CIGS薄膜太阳能中，作为上电极材料，具有广泛的应用前景。
通过大量的实验，优化了背电极Mo、吸收层CIGS、过渡层CdS (ZnS)、本征氧化锌i-Zn0和搀杂氧化锌n-Zn0(或者工TO)的制备工艺。最后，制备出了
结构为Glass/Mo/CIGS/CdS/i-Zn0/n-Zn0/A1的CIGS电池器件。对器件的性能做2009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
了测试分析，在没有减反射层的情况下，转化效率达到7.8%。该研究采用的CIGS 薄膜太阳能电池的制备工艺简单、过程容易控制、设备和材料费用低，没有采用
剧毒的气源，适合大规模产业化的要求，为以后进一步的研究开发做了技术储备。关键词:CIGS薄膜太阳能电池，TCO，磁控溅射，·合金靶，固态硒源，硒化2009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
目录
摘要·························································。········。····················……工Abstract...··············································································……I工I
第一章绪论········································································……
1. 1太阳能电池的研究背景 (1)
1.2太阳能电池简介 (2)
1.3太阳能电池的种类及特性比较 (6)
1.4薄膜太阳能电池的优势 (9)
1. 5 C工GS电池的发展现状 (10)
1.6本论文的主要工作及目的 (12)
参考文献 (15)
第二章CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法 (19)
2. 1 CIGS电池的结构 (19)
2. 2 C工GS电池制作方法比较 (21)
2.3磁控溅射物理知识 (24)
2.4主要制备设备简介 (25)
参考文献 (30)
第三章CIGS吸收层制备工艺研究及结果分析 (32)
3. 1衬底的选择及清洗 (32)
3. 2 Mo电极的制备及表征 (32)
3. 3 Cu工nSeZ的制备工艺研究 (34)
3. 4 Cu(工nGa) Se,的制备及表征 (41)
3.5本章小结 (46)
参考文献 (47)
第四章过渡层CdS和高阻Zn0的制备 (51)
4. 1过渡层CdS的制备 (51)
4. 2 ZnS薄膜的制备·....................................................................572009届研究生博士学位论文
铜钢稼硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究
4.3高阻Zn0薄膜的制备 (60)
4.4本章小结 (61)
参考文献 (62)
第五章透明导电材料的研究 (65)
5.1常温下磁控溅射制备ITO薄膜的研究 (65)
5.2常温下磁控溅射制备Zn0薄膜的研究 (70)
参考文献 (78)
第六章CIGS薄膜太阳能电池性能表征及器件的制备研究 (81)
6. 1太阳能电池器件性能表征 (81)
6.2提高C工GS薄膜太阳能电池性能途径 (84)
6. 3 C工GS薄膜太阳能器件的制备研究 (84)
6.4结果分析及工作展望 (87)
参考文献 (89)
博士期间发表论文及专利 (90)
致谢·.........................................................................................922009届研究生博士学位论文
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第一章绪论
太阳能电池的研究背景
全球性的能源短缺、环境污染、气候变暖正日益严重地困扰着人类社会。寻求绿色替代能源，实现可持续发展，已成为世界各国共同面临的课题。发展绿色替代能源，实现传统能源之间、传统能源和新能源之间的替代是解决我国能源供需瓶颈、供需结构性矛盾以及减轻环境压力的有效途径。无论从世界还是从中国来看，常规能源都是有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。从长远来看，可再生能源将是未来人类的主要能源来源。在新发展的可再生能源中，太阳能最具潜力。
太阳是距离地球最近的恒星，直径约1. 39 X 10"km，是地球的109倍，而它
的体积和质量分别是地球的130万倍和33万倍。它是由炽热气体构成的一个巨大球体，中心温度约为1JK，表面温度接近5800K，主要由氢和氦组成，其中氢占80%,氦占19%0
太阳内部处于高温、高压状态，不停地进行着热核反应，由氢聚变为氦。巨大的能量不断从太阳向宇宙辐射，达到3. 6 X 18l0MW/S，其中约22亿分之一辐射
到地球上，经过大气层的反射、散射和吸收，约有70%的能量辐射到地面。尽管太阳能只有很少的一部分辐射到地面，但数量仍然是巨大的，每年辐射到地球表面的太阳能能量约为1. 8 X 10'"Kw " h，等于1. 3 X 10"亿吨标准煤，是地球年消耗
能量的几万倍[1,21。按照目前的太阳质量消耗的速率，太阳的热核反应可进行6 X 10'。年。对人类的短暂历史而言，太阳能是“取之不尽，用之不竭”的清洁能源。
广义上讲，人类活动的一切能量都来源于太阳，包括现在广泛使用的化石能源、生物质能、风能、潮汐能等。一般指的太阳能利用，主要是指太阳能热利用和太阳能的电利用两种形式。太阳能的电利用也有两种方式，一种是光一热一电的转换方式，另一种是光一电直接转换形式。
太阳能热水器己经是非常普及的商品了，它就是将太阳光辐射能转化为水的热能，现在是技术成熟的一种热利用形式。电利用形式的第一种，即光一热一电转换方式的前半部分和太阳能热水器的工作原理类似，就是首先将太阳光由集热器转化为热能，然后再由热能产生的蒸气，去驱动汽轮机发电。第一个过程是光一热转换过程，第二个过程是热一电转换过程，和普通的火力发电一样。太阳能
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热发电的缺点主要是效率很低而成本很高〔3,41。所以，在现阶段只能小规模地应用于特殊场合，大规模利用在经济上还很不合算，还不能与普通的火电竞争。
光一电直接转换方式，就是利用光的伏特效应，将太阳辐射能直接转化成电能，也就是太阳能电池。太阳能电池，就是一种利用光生伏特效应将太阳光辐射能，直接转化为电能的器件，其实就是一个半导体光电二极管。当太阳光能照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光辐射变成电能，形成电流。根据需要(一般是提高输出电压)，将多个电池串联或并联起来，就可以成为太阳能电
池阵列，就会有比较大的输出功率。太阳能电池是未来最有前途的新型能源，它有以下几个优点:永久性、清洁性和灵活性。太阳能电池寿命很长，只要太阳存在，太阳能电池就会产生电流，就可以长期使用。与火力发电、原子核发电相比较，太阳能电池不会导致环境污染，一次投资长期使用，基本不需要维护，具有很多优点。
在太阳能的有效利用中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的方向之一。
1.2太阳能电池简介
1.2.1太阳能电池的原理
太阳能光伏发电的能量转换装置，就是太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池发电的原理是利用光生伏打效应。当太阳光源(或者其它光)辐射到太阳能
电池上时，电池就吸收光能，从而产生电子一空穴对。在电池的内建电场作用下，电子和空穴被电场分离，电池两端形成异性电荷积累，即产生“光生电压”，这就是所谓的“光生伏打效应”。若在内建电场的两端，用导线接上负载，负载就有“光生电流”通过，从而就有功率输出。所以，太阳的光能就直接变成了可以利用的电能。图((1.2. 1)给出太阳能电池原理示意图。
1.2.2太阳能的应用领域
经过近几年的发展，太阳能电池的应用已经普及了很多，从军事领域、航天领域进入到了工业、农业、商业、通信等许多部门。尤其在比较偏远的山区，或者是海岛、沙漠等地方，太阳能电池的优点就更明显了。它可以节省昂贵的线路，没有高的输送成本。现在主要有以下应用形式:家用屋顶光伏电源，微波通信电源，中继站电源，输油、输气等管道的阴极保护光伏电源，也可以给铁路信号设2009届研究生博士学位论文
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备提供电源。现在的高速路口照明，广告牌灯光，也都经常使用太阳能电池提供电源。太阳能路灯，太阳能手机充电器，士兵用随身电源，都是比较成熟的太阳能电池产品了。
现在最主要、最有价值的应用形式，还是太阳能光伏幕墙、太阳能电站。通过逆变器，太阳能可以进入国家主电网。随着技术的进步，太阳能的应用形式将更多，应用范围更普遍，更好地为人类服务。
图1. 2. 1 PN结太阳能电池的工作原理示意图
Fig. 1.2.1 A diagram of working principle for a PN junction solar cell
由于受到成本高的限制，太阳能的利用还不能与传统的能源竞争。但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的进步，和新的太阳能材料的发展，各国对环境保护力度的加大，对太阳能等绿色可再生能源的需求将迅速提高。在本世纪
中后期，太阳能光伏发电将是未来主要的电能来源。据预测，到2030年太阳能发电将在世界电力的供应中显现其重要作用，估计达到10%以上，到2050年太阳能发电将占总能耗的约20%，到本世纪末，太阳能发电将在能源结构中起主导作用。图((1.2.2)就是欧洲JRC对未来世界利用能源构成的预测，可以看出，
在本世纪中后期，光伏发电将是人类最主要的能量来源。2009届研究生博士学位论文
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全球能源消费组成展望图
资料来源;salarv,}rtschaft
图1.2.2未来世界能源消费组成发展趋势
Fig. 1.2.2 Energy sources consumption in the future world
太阳能电池的发展历史
早在十八世纪，英国科学家亚当斯等在研究半导体材料时，就发现硒半导体材料在太阳光照射下，会产生电流，就是现在广泛研究的光生伏特电现象[5] a 回顾一下太阳能电池100多年的发展，可以发现太阳能技术的发展经历了曲折的、漫长的历史进程。
在第二次世界大战以前，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，实用目的比较明确，造价仍然很高。太阳能研究工作，主要还处于起步阶段。第二次世界大战以后，一直到70年代的能源危机发生之前，一些有远见的人士，已经开始注意到石油和天然气资源的储量迅速减少，呼吁人们重视能源问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的开展。但是，从总体来讲，太阳能的研究工作还发展迟缓，停滞不前。主要原因是太阳能利用技术不成熟，投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到企业和政府的重视和支持。2009届研究生博士学位论文
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到了上世纪70年代，世界发生了“石油危机”。经过这次危机，人类终于认识到，现有的能源结构必须彻底变革，必须加速发展绿色可再生能源。尤其是工业化强国，重新加强了对太阳能、风能及其它可再生能源技术发展的支持力度，在世界范围内兴起了开发利用太阳能的热潮。美国、日本和一些欧洲国家，投入了大量人力、物力和财力，制定了庞大的太阳能开发计划。
这一时期，我国一些有远见的科技人员，也纷纷投身太阳能事业，开始了太阳能技术研究。尤其是我国第一颗人造卫星的发射，更加促进了太阳能的空间利用研究，太阳能电池在我国也正式进入空间利用阶段。
80年代后不久，对太阳能的研究又开始进入低谷。太阳能开发研究经费大幅度削减，但总体研究工作并未中断，有的项目还取得了较大进展。而且促使人们认真思考，去审视以往的计划和制定的目标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。从这以后，太阳能的热利用发展比较迅速，主要形式就是太阳能热水器，现在已经比较普及了。
能源危机和环境污染这两个迫切需要人类解决的问题，也促使一些国际组织加强合作。1992年，联合国在巴西召开了“世界环境与发展大会”，确立了可持续发展的模式。会议的结果是各国政府开始重视绿色能源的发展，在这次会议之后，世界各国都加强了绿色能源技术的研究，太阳能应用技术发展开始走出低谷。世界太阳能利用研究开始加速发展，新技术、新材料层出不穷，又进入一个大发展时期。国际太阳能领域的合作空前活跃，规模扩大，效果明显。太阳能利用与
世界可持续发展和环境保护紧密结合。太阳能发展目标明确，重点突出，措施到位。在加大太阳能研究开发力度的同时，太阳能产业也迅速发展，加速商品化进程。世界环境发展大会以后，我国政府制定了《中国21世纪议程》，确定发展太阳能产业，实现可持续发展战略。
4年以后，联合国在津巴布韦召开了“世界太阳能高峰会议”，通过这次会议，世界各国对开发太阳能的研究支持力度更大了，要求世界各国共同行动，广泛利用太阳能。
总之，太阳能的利用和煤、石油、核能的发展利用完全不同，人们对其认识差别很大。这一方面是因为太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模产业化; 另一方面，太阳能利用还受矿物能源价格，政治和战争等因素的影响，发展道路要曲折很多。
最近几年是太阳能发展最快的时期。每年都以30%以上的速度增加，20042009届研究生博士学位论文
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到2006年甚至达到60%的增长速度。图((1.2.3)是2008最新统计的全球光伏
产业产能现状，2007年已经达到创纪录的3733MW,,，且呈现加速发展趋势「6] o 2008年10月开始爆发的全球金融危机，将对太阳能的研究、开发、应用等产生重大影响，市场普及、市场份额占主要地位的晶体硅、多晶硅电池的垄断地位将很快改变，薄膜太阳能的发展拐点将提前出现，价格更具优势的薄膜太阳能电池将进入飞速发展时期。我国政府，主要研究机构，一定要抓住这次机会，提高我国太阳能研究利用的整体技术水平。
Fig:;.Yea巾}orfdvaide proddrt'snn in phnta}roltaics in MWp yEr}tflbserv'ER加份). 图((1.2.3)全球光伏产业年产能统计(单位:MWP)
Fig. 1.2.3 Yearly world production in photo-voltaics in MWp
1. 3太阳能电池的种类及特性比较
经过近30年的发展，目前太阳能电池的种类已经有很多种，按结构来分，可以分为单晶、多晶、非晶及纳米晶系等多种。按制备电池采用材料的不同，太阳能电池又可以细分为:硅基太阳能电池、多元化合物薄膜电池、有机聚合物太阳能电池、纳米晶太阳能电池等等。分别介绍如下:
硅基太阳能电池:
硅基太阳能电池又可以分为单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池等三2009届研究生博士学位论文
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种。硅材料的研究主要受益于微电子行业的高速发展，这很大地促进了单晶硅制备技术的提高，直接促进了太阳能电池转换效率的最高，其技术是现在最成熟的。在实验室里效率最高可达到24%，商品电池的效率为17%仁7-10]。现在仍然在大规
模应用和工业生产中，占据主导地位。高纯晶体硅的提炼是一个高温、长耗时的过程，所以制备单晶硅成本很高，其成本很难大幅度降低，为了节省硅材料成本，研究人员发展了多晶硅和非晶硅薄膜电池，己经取得了很大进展，多晶电池的市场占有率已经基本超过单晶硅太阳能电池。
与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅电池的成本降低了很多，同时其效率高于非晶硅薄膜电池。在实验室，多晶硅电池的最高转化效率达到18%，规模生产的转
化效率基本稳定在12%。所以，多晶硅电池在太阳能电地市场上已经占据重要地位。
和以上两种硅基太阳能电池比较，非晶硅薄膜太阳能电池成本低，重量轻，便于大规模生产，在未来有极大的潜力。但是其转换效率不高，同时受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性也不高，这导致其应用受到很多限制。现在广泛研究的微晶硅电池(微晶和非晶的混合物)，己经取得了重大突破，部分克
服了衰减问题，在未来的光伏市场将占有很重要的位置[11-16]。
多元化合物薄膜太阳能电池:
多元化合物薄膜太阳能电池材料主要为无机盐，主要包括砷化稼、硫化福蹄化福及铜锢硒(一般是铜锢嫁硒)薄膜电池等几种。
和非晶硅薄膜太阳能电池比较，磅化福、硫化福多晶薄膜电池的效率更高，成本又比单晶硅、多晶硅电池低，同时也满足大规模生产需要。但由于福是重金属元素，大量使用会对坏境造成严重的污染，所以，它的应用也受到许多制约，随着人们环境保护意识的增强，它们还不能成为晶体硅太阳能电池的理想替代产品[17-20]。
单结砷化稼(GaAs)化合物电池的转化效率已经做到28%, GaAs化合物材料的光学带隙十分理想，吸收效率也比较高，抗空间辐照能力强，热稳定性好，适合
于制造高效单结电池。在空间应用上，具有很高的价值。但是Ga As材料的价格非常昂贵，也同时存在环境不友好问题，所以在很大程度上限制了GaAs太阳能电
池的普及。
铜锢硒(铜锢嫁硒)薄膜电池(简称C工S/C工GS)材料，吸收系数很高，不存在光致衰退问题，非常适合制备光电转换器件。转换效率和多晶硅一样，商品2009届研究生博士学位论文
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电池组件的效率一般在12%，同时有价格低廉，稳定性好、可以大规模产业化生产等优点。随着工艺技术的进步，在不久的将来，会成为今后发展太阳能电池的重要方向之一「21-37]0
有机聚合物太阳能电池:
以有机聚合物代替无机材料，是刚刚开始的一个太阳能电池研究方向。有机材料柔性好、成本低、来源广泛，对太阳能电池大规模利用，具有重要意义。但是，以有机材料制备太阳能电池，其研究还刚刚开始，使用寿命和电池效率还不能和无机材料相比。能否在将来发展成为具有实用意义的产品，还需要科研人员做很多艰巨的研究探索。
纳米晶太阳能电池(染料敏化太阳能电池):
多孔(比表面积更大)纳米晶体Ti0:化学能太阳能电池，是新近几年发展
起来的。它的优点是价格廉价，制备工艺简单。其光电效率一般稳定在10%左右，制作成本只有硅太阳电池的10%到20%。它也会成为太阳能电池一个重要的
研究方向。
图((1-3. 1)是最新各种PV太阳电池研究及应用的最新进展情况。可以看出，各种电池的性能都在突飞猛进的发展，尤其是薄膜太阳能的研究和利用，更是呈现加速发展趋势。C工GS薄膜太阳能电池效率已经接近20%，是所有薄膜
太阳
能电池中最高的，大面积组件的转化效率也达到13-15%[38]。在未来的薄膜太阳能应用中，将是最重要的品种之一。
.4薄膜太阳能电池的优势
太阳电池的材料一般要求主要包括:半导体材料的禁带宽度适中;光电转化
效率比较高;材料制备过程和电池使用过程中，不存在环境污染;材料适合规模化、工业化生产，且性能稳定。考虑到以上几个方面的要求，硅是所有太阳能电池材料中最理想的，所以，现在的商品太阳能电池都是硅基的[7] o 但是，硅是间接带隙太阳能材料，在保证电池一定转化效率前提下，其吸收层厚度一般要求150-300微米以上。同时考虑到加工过程近40%的材料损耗，材料成本是硅太阳能电池的最主要构成。考虑到制备过程的高污染，生产过程的高温提炼、高温扩散过程，导致其制备能耗高，这使其能量偿还时间达到4-9年，这些因素严重制约了其竞争优势。所以，虽然光伏发电在航天领域、通讯领域和2009届研究生博士学位论文
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表((1.3.1)主要太阳能电池研究最新进展
Fig. 1.3.1 New developments in varies solar cells
微功耗电子器件领域已成功地占据了很大比例，但是，其作为社会整体能源总消耗的比例还不到2%，造成这种状况的原因是多方面的，但价格高应该是最主要的原因。随着对绿色能源的要求提高，太阳能发电将是未来人们应用能量来源的主要方式之一，材料成本和生产成本就必须大幅度的降低。在这种情况下，薄膜太阳能电池引起了人们的重视，近几年成了科技工作者的研究重点。
技术比较成熟，且有发展潜力的薄膜太阳能电池有3种，分别是非晶硅
(a-Si)、铜锢硒(CuInSel，一般简称CIS)、磅化锡(CdTe)。经过几年的快速发
展，非晶硅薄膜电池的效率达到7%左右，但是，其光致衰减现象还一直没能解决。在此情况下，近年发展的微晶硅电池效率已经达到了10%，同时也部分克服了其衰减问题，所以，其必将在未来太阳能市场占有重要地位。CdTe薄膜电池的实验室效率可以达到16%，缺点是Cd是重金属元素，会对环境和人体带来危害。但是，它的制备工艺简单，成本很低，可以满足一定区域的实际利用，也会2009届研究生博士学位论文
铜锢嫁硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究
在未来PV市场占有一席之地。
铜锢稼硒是薄膜PV产品的重要一员，制备所用材料CIS和C工GS，一般称为
I -III-VI2薄膜材料，是具有黄铜矿结构的化合物半导体。经过多年的研究总结，其优点可以归纳如下「39-41]: (I)通过掺入适量Ga替代部分工n，可以使半
导体禁带能隙在1. 0- 1. 6 eV之间可调，非常适合制备最佳带隙的半导体化合
物材料，这是CIGS材料相对于硅系PV材料的最特殊优势。(2) CIGS材料的
吸收系数高，达到10' cm-'. (3)利用CdS作为缓冲层(具有闪锌矿结构)，和
具有黄铜矿结构CIGS吸收层可以形成良好的晶格匹配，失配率不到2%a (4)
在光电转化过程中，作为直接能隙半导体材料，当有载流子注入时，会产生辐射复合过程，辐射过程产生的光子可以被再次吸收，即所谓的光子再循环效应。(5) CIGS系半导体没有光致衰退效应，这是Si系太阳电池很难克服的效应。(6) CIGS薄膜的制备过程具有一定的环境宽容性，使得C工GS太阳电池在选择衬底
时，具有较大的选择空间。在所有薄膜太阳能电池中，C工GS保持着最高的实验
室记录，在2007年，美国可再生能源实验室，用三步共蒸发法制备的铜锢稼硒薄膜太阳能电池，转化效率达到了19. 9%[42]。其制造成本低，能量偿还时间在
一年之内，远远低于晶体太阳电池。用溅射后硒化的方法制备的大面积薄膜电池组件的效率已经达到13. 4% [381。所以CIGS的产业化研究受到各发达国家的普遍重视。
近年来，光伏工业呈现加速发展的趋势，发展的特点是:产量增加，转化效率提高，成本降低，应用领域不断扩大。与十年前相比，太阳能电池价格大幅度降低。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，光电池成本及售价将会大幅下降。2010年以后，由于太阳能电池成本的下降，可望使光伏技术进入大规模发展时期。随着技术的进步，薄膜太阳能电池的发展将日新月异，在未来光伏市场的市场份额将逐步提高。作为性能最好的薄膜太阳能电池，CIGS薄膜太阳能电池也将迎来快速发展时期。
1. 5 CIGS电池的发展现状
近年来，伴随着各种新技术的蓬勃发展，薄膜太阳能电池的制造技术也不断发展并趋于成熟和稳定。铜锢硒(CuInSe2，简称CIS)或铜锢嫁硒(CuInGaSel，简称CIGS)薄膜太阳电池是多元化合物半导体中最有代表性的光伏器件。由于它具有高的转换效率、低的制造成本，以及性能稳定，而成为国际光伏界研究热点之一，即将成为下一代有竞争力的商品化薄膜太阳电池。对CIGS电池的结构，制2009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
备方法将在第二章做详细论述，本节只对CIGS的发展现状做简单论述。
.5. 1 CIGS国外研究现状
上世纪70年代，贝尔实验室开发出单晶Cu工nSeL电池，当时其转换效率还不
高。1976年，美国首次研究成功CIS薄膜太阳电池，转换效率达到6. 6% [431. 时隔6年之后，波音公司通过3元(Cu, In, Se)蒸发方法，制造出了效率超过10%的薄膜电池。1983年，Arco Solar公司提出新的制备方法—硒化法，该项
技术具有简单、廉价的特点，现在已经发展为制作CIS电池最重要的技术。80 年代后期，德国开发出了转换效率为11. 1%的CIS电池，这是转换效率首次超过10%。其稳定性好、耐空间辐射的优良特性也逐渐得到行业的重视。90年代初，
瑞典报道了效率为17.6%，面积0. 4cml的CIS太阳电池，这是当时的世界一记录。到90年代末期，美国可再生能源实验室(NREL)将转化效率提高到了18.8%, 同时开始生产发电用C工GS太阳能电池组件(40W)，组件效率达到当时最高的12. 1%。到2001年，Wurth Solar开始在欧洲销售60cm X 120cm的CIGS太阳能电池组件，它是制备在钠玻璃基片上的。2000年，美国可再生能源研究所制备出亚微米级((0.74Nm) CIGS太阳能电池，效率达12-13%，更加显示出了铜锢
嫁硒(C工GS)薄膜太阳电池的性价优势及广阔的市场前景「44]。在2007年，美国可再生能源实验室，用三步共蒸发法制备的铜锢嫁硒薄膜太阳能电池，转化效率达到了19.9%，这是单结薄膜太阳能电池的世界一记录[42]0
在CIGS组件产业方面，表1.4. 1是世界主要C工GS厂家技术现状。可以看出，
蒸发和溅射后硒化是两种最广泛采用，最有实际应用前景的方法。尤其是预制膜硒化技术，更有优势，可以满足大面积生产，同时又能保证产品效率的最有效方法。
.5. 2 CIGS国内研究现状
我国的太阳能研究起步较晚，在2002年以前，所有的太阳电池年产量不足5
MWp，主要市场还局限在通讯领域，管道防腐保护和偏远乡村供电等。2002年，我国在西部地区启动了“西部省区无电乡通电计划”，总投资估计约20亿元人民币，使我国的太阳电池的生产能力，迅速增加到20 MW/年。经过近20年的努力，
我国在光伏发电技术的研究方面，开发储备了一定的技术基础，先后在科研院所等实验室制备出了晶硅高效电池，多晶硅电池，非晶硅电池，以及CdTe和C工GS
薄膜电池等等。2009届研究生博士学位论文
铜锢嫁硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
表1.4.1世界主要CIGS厂商组件性能
Table 1.4.1 CIGS module efficiencies in the world
┌──────┬────┬─────────┬────┬────┬─────┬─────┐
│公司名称│采用技术│产品种类│最仕组件│平均转换│面积(m- ) │计划生产│
││││性能(%) │效率││能力MW/年│
├──────┼────┼─────────┼────┼────┼─────┼─────┤
│Wurth Solar │多源共│Cu (I nGa) S e2 │13 │11 │0. 72 │15 │
││蒸发││││││
├──────┼────┼─────────┼────┼────┼─────┼─────┤
│Global Solar│多源共│Cu (InGa) See │11 │10.4 │││
││蒸发││││││
├──────┼────┼─────────┼────┼────┼─────┼─────┤
│Shell Solar │预制膜硒│Cu (InGa) (SeS) 2 │12.8 │9.4 │0.86 │20 (2008) │
││/硫化││││││
├──────┼────┼─────────┼────┼────┼─────┼─────┤
│Showa Shell │预制膜硒│Cu (InGa) (SeS): │14.2 ││0.36 │20 (2010) │
││/硫化││││││
├──────┼────┼─────────┼────┼────┼─
────┼─────┤
│FSEC │预制膜硒│Cu (I nGa) SeSz │13. 7 │10 │││
││/硫化RTP│Cu (InGa) SeSz │12 ││││
├──────┼────┼─────────┼────┼────┼─────┼─────┤
│ISET │非真空技│Cu (InGa) Sel │││││
││术││││││
├──────┼────┼─────────┼────┼────┼─────┼─────┤
│EPV │蒸发溅射│Cu (InGa) Se>, │13.5 │7.5 │││
││混合││││││
├──────┼────┼─────────┼────┼────┼─────┼─────┤
│Honda │溅射硒化│Cu (InGa) Se-, │11.2 ││1. 12 │27.5 │
│││││││(2007) │
└──────┴────┴─────────┴────┴────┴─────┴─────┘
与国际上研究开发的力度和规模相比，我国的C工GS薄膜太阳能电池的研究
还比较落后。最早开展研究的是南开大学，其研究水平在国内应该是最高的，先后承担了国家“十五”"863”等重点课题。在“铜锢硒太阳能薄膜电池实验平
台与中试线”和天津市的支持下，南开大学光电子薄膜器件与技术研究所的研究取得了关键性突破，其采用共蒸发法制备的CIS薄膜电池效率在2003年达到了12. 1% [45]。最近几年，国内也有一些单位，特别是如清华大学机械工程系、北京大学等离子所等单位，也在开展CIS, CIGS薄膜太阳能电池制备工艺方面的研究工作，但是整体研究水平与国外差别仍然很大「46,471.
1.6本论文的主要工作及目的
从以上的论述可知，CIGS薄膜太阳能电池将是未来薄膜太阳能电池里的高端
产品，将在未来的PV市场占有重要地位。随着C工GS制备技术的成熟和发展，CIGS
组件的转化效率将会进一步提高，理论上CIGS单电池的转化效率将达到25%、组
件的转换率将达到18%，事实上CIGS电池的制备工艺发展速度非常快，获得接近理论值的产品是有希望的。在2010年CIGS产品预计将占整个薄膜电池产量的2009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(GIGS)薄膜太阳能电池研究
34%，达到1 GW/a的水平〔44]。
在国内，目前还没有适合大面积制备CIGS电池的成熟工艺报道。本研究的主要目的是开发一种适合大面积产业化的C工GS制备工艺，工艺对设备的要求尽
量简单，立足于国内的设备制造能力。该工艺可以实现CIGS薄膜成分化学计量比容易控制，不要求国外昂贵的在线控制技术。·硒化采用固态源，避免H,Se 剧
毒问题，同时也就实现了Se化设备的简单化、低成本化、国产化。
本论文主要研究工作如下:
1.磁控溅射方法制备Mo电极并研究其性能;
2.磁控溅射方法制备CuIn/Cu (InGa)合金预置层并研究其特性;
3.高温真空硒化法制备CuInSez / Cu(工nGa) Se:光吸收层并研究其特性;
4.化学水浴法制备US缓冲层材料并研究表征其特性;用ZnS替代CdS,
对无福电池的制备工艺做初步研究。
5.磁控溅射方法制备n型高阻i -Zn0并研究其特性。
6.磁控溅射方法制备n型低阻n-Zn0 (Zn0-A1)并研究其特性。
7.磁控溅射方法制备透明导电薄膜(ITO)材料并研究其特性。
8.优化各层制备条件，制作完整的电池器件。
根据目前大面积制备CIGS电池中遇到的主要问题，拟解决以下主要技术问题:
1.解决Mo电极和玻璃衬底及其与CIGS吸收层之间附着力差的问题。
2.解决CIGS吸收层成分配比不容易控制的问题，制备符合原子计量比的CIGS吸收层。
3.解决低阻Zn0-Al的方块电阻高的问题。
4.探索电池器件开路电压低，填充因子低的问题，提出制备高效率的电池器件的技术路线。
本论文的特色与创新之处:
一、系统、完整地摸索一整套可行的，适合规模化生产的技术工艺;
二、采用固态源硒化，材料安全无毒、成本低，适合产业化生产，对设备要求低;
三、吸收层采用溅射方法，克服了蒸发法材料利用率低和成分不容易控制的问题。采用1:1合金靶材，克服了实际生产中成份控制对工艺、设备要求高的问题，简化了工艺过程控制。解决了功率波动、阴极性能不绝对一致、多靶溅射过2009届研究生博士学位论文
铜锢嫁硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
程中的成分偏差等对薄膜成份的影响。保证了Cu/(工nGa)的整体比例在l: 1附近，为以后的规模化生产，探索了一条可行的技术路线。
四、实验室制备的电池器件面积可达8cml平方厘米，吸收层面积可达36cm', 该技术工艺适合以后的产业化发展。2009届研究生博士学位论文
铜锢惊硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究
参考文献
[1]《中国新能源和可再生能源》1999年白皮书.北京:中国计划出版社，(2000).
[2]杨德仁.太阳电池材料.北京:化学工业出版社，(2008).
[3」田中忠良.太阳热发电系统的研究和开发，新能源.1992.1(3).39^!43.
[4」刘永军.全球太阳能电池市场规模最新动向调查.中国电子商情:基础电子-2008年10期
[5] Green M A, In: Proceeding of the 21st IEEE Photovoltaic Specialists Conferense.
Orlando, USA: IEEE Publication, 1990.
[6] Darren M.Bagnall，Matt Boreland. Photovoltaic technologies, Energy Policy 36
(2008) 4390-4396.
[7】施敏主编，现代半导体器件物理.科学出版社，2001年第一版370.
[8] Goetzberger A, Knobloch J, V ob B, Crystalline silicon solar cell. Chichester:
John Wiley&Sons; 1998.
[9] Cordero N, Ginige R, Corbett B, Kennedy K. Thermal modelling of TPV
systems. In: Proceedings of the eighth intersociety conference on
Thermomechanical phenomena in electronic systems; 2002. p. 605-9.
[10] Durisch W Bitnar B, Mayor J, Kiess H, Lam K, Close J. Efficiency model for
Photo voltaic modules and demonstration of its application to energy如eld
estimation. Solar Energy Materials&Solar Cells 2007;91:79-84.
[川Yoshihiro,Hamakawa, Recent advances in amorphous silicon technologies and its application to solar cells[J]. Renewable Energy, 1996,8:10-16.
[12] Roberto.Galloni, Amorphous silicon solar cells[J]. Renewable Energy, 1996,
8:400-404.
[13] M.A.C.Wais, The potential attractiveness and efficiency of amorphous silicon
solar cells as compared with polycrystalline silicon solar cells[J]. Renewable
Energy, 1995,6:579-587.
[14] K.v. Maydell，L. Korte, A. Laades, et al. Characterization and optimization of
the interface quality in amorphous/crystalline silicon heterojunction solar
cells[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2006,352:1958-1961.
[15] Jeffrey Yang, Baojie Yan, Subhendu Guha, Amorphous and nanocrystalline
silicon-based multi一unction solar cells[J]. Thin Solid Films, 2005,487: 162-2009届研究生博士学位论文
铜锢嫁硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究
169.
[16] M.K. van Veen, C.H.M. van der Werf,et al. Incorporation of amorphous and
microcrystalline silicon in n-i-p solar cells[J]. Thin Solid Films, 2003,430:
216-219.
[17] Juha Sarlund,Mikko Ritala,Markku Leskela,et al. Characterization of etalhing
procedure in preparation of CdTe solar cells[J]. Solar Energy Material& Solar Cells, 1996,44:177-190.
[18] S.Kumazawa,S.Shibutani,T.Nishio,et al.l5.l%Highly efficient thin film CdS
/CdTe solar cell[J]. Solar Energy Material& Solar Cells, 1997,49:205-212. [19] T.Takamoto,T.Agui,H.Kurita,et al. Improved junction formation procedure for
low temperature deposited CdS/CdTe solar cells[J]. Solar Energy Material&
Solar Cells, 1997,4950:219-225.
[20] T.Toyama,T.Yamanoto,H.Okamaoto, Interfacial mixed-crystal layer in CdS/CdTe
heterostructure elucidated by electro-reflectance pectroscopy[J]. Solar Energy
Material& Solar Cells, 1997,49:213-218.
[21]Tokio Nakada, Hiroki Ohbo,Takayuki Watanabe,et al.Improved Cu(In,Ga)(S,Se)2
thin film solar cells by surface sulfurization[J]. Solar Energy Material& Solar
Cells, 1997,49:285-290.
[22] M.Topic,F.Smole,J.Furla,Examination of blocking current-voltage behaviour
through defect chalcopyrite layer in Zn0/CdS/Cu(In,Ga)Se2/Mo solar cell[J].
Solar Energy Material& Solar Cells, 1997,49:311-317.
[23] Bayhan, H., Study of CdS/Cu(In,Ga)Se2 interface by using n values extracted
analytically from experimental data, Sol. Energy (2008), doi:10.1016/j. solener.
2008.08.009
[24] Toshiyuki Yamaguchi, Toshitsugu Kobata, Shigetoshi Niiyama, et al. Thin
films of Cu(In,Ga)Se2 and ordered vacancy compound prepared by thermal
crystallization and their photovoltaic applications[J]. Solar Energy Materials& Solar Cells ,2003,75:87-92.
[25] M.Eron,A.Rothwarf, Effects of a voltage-dependent light-generated current on
solar cell measurements: CuInSe2/Cd(Zn)S[J]. Appl.phys.lett. 1984, 44(I):131
一133. 2009届研究生博士学位论文
铜锢嫁硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究
[26]薛玉明，孙云，李凤岩等.GIGS薄膜太阳能电池异质结的结构分析[[J].人
工晶体学报，2004,33(5):841-844.
[27] Yakushev M.V, Mudryi A V, Gremenok V F, et al. Influence of growth
conditions on the structural quality of Cu( InGa) See and CuInSe2 thin films[J].
Thin Solid Films，2004,452:133
[28」孙云，王俊清，杜兆峰等.薄膜太阳能电池的研究[[J].太阳能学报，2001. [29] Yasunori Okano,Tokio Nakada,Akio Kunioka. XPS analysis of CdS/CuInSe2
heterojunctions[J]. Solar Energy Material& Solar Cells, 1997,50:105一110.
[30] D. Abou-Ras, G. Kostorz, A. Romeo,et al.Structural and chemical investigations
of CBD- and PVD-CdS buffer layers and interfaces in Cu(In,Ga)Se2-based thin
film solar cells[J]. Thin Solid Films, 2005, 480-481:118-123.
[31」李长健，王俊清，孙云等.CIS/CdS薄膜太阳能电池工艺探讨【J].南开大学学报(自然科学),1998,31(4):95-100.
[32] Donnelly S E，Hinks J A，Edmondson P D，et al .In situtransmission electron
microscopy studies of radiation damage in copper indium diselenide [J].
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B :Beam
Interactions with Materials and Atoms，2006，242 :686.
[33」刘芳芳，何清，李凤岩等.Cu(In,Ga)Se2材料对其电池性能的影响【J].半导体学报，2005,26(10) :1954-19580
[34]王兴孔.CuInSe2薄膜太阳电池【J].青岛大学学报，2000,13 : 85
[35]张加友，龚晓波，刘维一等.金属预置层后硒化法制备的CuInSe:薄膜结
构特性研究【J].太阳能学报，2003,24 (3) :335-339.
[36] Kushiya K, Ohshita M，Hara I，et al. Yield issues on the fabrication of 30cm
X30cm2 sized Cu(In,Ga)Se2 based thin film modules[J].Sol Energy Mater Sol
Cells，2003，75:17
[37] Zheng Guangfu, Yang Hongxing, A novel semiconductor CIGS photovoltaic
material and thin film ED technology[J] .Chinese J Semiconductors，2001，
22:1357
[38] Powalla M, Dimmler B. Development of large area CIGS modules[J』.Sol
Energy Mater Sol Cells，2003，75:27
[38] Martin A. Green Keith Emery, Yoshihiro Hishikawa and Wilhelm Warta, Solar2009届研究生博士学位沦文
铜锢嫁硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
Cell Efficiency Tables (Version 32)
16:435一40.
Prog. Photovolt: Res. Appl. 2008;
雷永泉.新能源材料「M].天津:天津大学出版社，2000: 304-322
朱洁.迅速发展的CIGS薄膜太阳电池.电源技术2008.1
邓志杰，郑安生.半导体材料[M].北京:化学工业出版社
V ol.32 No. l 9-12
2004:232
Ingrid Repins, Miguel A. Contreras, Brian Egaas, Clay DeHart, John Scharf,
Craig L. Perkins,Bobby To and Rommel Noufi，19.9%-efficient
Zn0/CdS/CuInGaSe2 Solar Cell with 81.2% Fill Factor. Prog. Photovolt: Res. Appl. 2008; 16:235-239
Kazmerski L L, Christopher Heblinga,Hans-Werner Schock, Materials Science
and Engineering R, 2003,40: 1.
L. Chen, B. Sang, M. Akhtar, R. Govindarajan, S. Guo, J. Cambridge, A. Delahoy, M. Contreras. Development of Large Area, High Efficiency, Thin
Film CIGS Modules, 15th International Photovoltaic Science&Engineering Conference (PVSEC-15) Shanghai China 2005.
DHERE N G. Toward GW/year of CIGS production within the next decade[J].
Solar EnergyMaterials and Solar Cells, 2007, 91 (16):1376-1382.
何青，孙国忠，孙云，周志强，李凤岩，敖建平，刘芳芳，李伟，刘
维一，薛玉明，朴英美，汲明亮，郑贵波，李长健.效率为12.1%的Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳电池太阳能学报.V ol. 25. No. 6 Dec. 2004.
焦飞，廖成，周震，韩俊峰，谢华木，赵夔。以溅射为主的叠层硒化法制备大面积铜锢嫁硒薄膜，V ACUUM, V ol. 45, No. 4, Jul. 2008.
韩东麟，张弓，庄大明，元金石，李春雷.载气对CIGS薄膜结构和表面
形貌的影响，真空科学与技术学报，第28卷第3期，2008年5, 6月.
飞..J一...J，..J 1..J
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6]7]
[4[42009届研究生博士学位论文铜锢稼硒(GIGS )薄膜太阳能电池研究第二章CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法
2. 1 CIGS电池的结构
铜锢稼硒(C工GS)薄膜太阳能电池，具有层状结构，吸收材料属于I -III- VI族化合物，其结构如图2.1.1所示。衬底一般采用玻璃，也可以采用柔性薄膜衬底。一般采用真空溅射、蒸发或者其它非真空的方法，分别沉积多层薄膜，形成P-N结构而构成光电转换器件。从光入射层开始，各层分别为:金属栅状电极、减反射膜、窗口层(Zn0 )、过渡层(CdS)、光吸收层(CIGS)、金属背电极(Mo )、玻璃衬底。经过近30年的研究，CIGS太阳电池发展了很多不同结构。最主要差别在于窗口材料的不同选择。最早是用n型半导体CdS作窗口层，其禁带宽度为2. 42eV，一般通过掺入少量的ZnS，成为CdZnS材料，主要目的是增加带隙。但是，锅是重金属元素，对环境有害，而且材料本身带隙偏窄。近年来的研究发现，窗口层改用Zn0效果更好，Zn0带宽可达到3. 3eV , CdS的厚度降到只有约50nm，只作为过渡层。为了增加光的入射率，最后在电池表面蒸发一层减反膜(一般采用MgFz )，电池的效率会得到1-2%的提高。
图2.1.1 C工GS薄膜太阳能电池层状结构
Fig. 2.1.1 Structure of CIGS thin film solar cell
现在研究表明，衬底一般采用碱性钠钙玻璃(碱石灰玻璃)，主要是这种玻
璃含有金属钠离子。Na通过扩散可以进入电池的吸收层，这有助于薄膜晶粒的2009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
生长[1-3]o Mo作为电池的底电极要求具有比较好的结晶度和低的表面电阻，制备过程中要考虑的另外一个主要方面是电池的层间附着力，一般要求Mo层具有鱼鳞状结构，以增加上下层之间的接触面积;CIS/C工GS层作为光吸收层是电池的最关键部分，要求制备出的半导体薄膜是p型的，且具有很好的黄铜矿结构，晶粒大、缺陷少是制备高效率电池的关键;CdS作为缓冲层，不但能降低i-Zn0
与P-CIS之间带隙的不连续性，而且可以解决CIS和Zn0晶格不匹配问题;n-Zn0 (AZO)作为电池的上电极，要求具有低的表面电阻，好的可见光透过率，与A1 电极构成欧姆接触;防反射层MgF2可以降低光在接收面的反射，提高电池的效率。i-Zn0和CdS层作为电池的n型层，同P型CIGS半导体薄膜构成p-n结。图2. 1.2 CuInSe2黄铜矿晶格结构
Fig. 2.1.2 Crystal structure of CuInSe2
吸收层CIGS(化学式Cu工nGaSe2)是薄膜电池的核心材料，属于正方晶系黄
铜矿结构(如图2. 1. 2)。具有复式晶格，晶格常数a=0.577nm, c=1.154nma
作为直接带隙半导体，其光吸收系数高达105量级(几种薄膜太阳能材料中较高的)。禁带宽度在室温时是 1. 04eV，电子迁移率和空穴迁移率分别为 3. 2 X 1022009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究
(cm, /V·S)和1X10 (cm, /V·S)。现在真空工艺制备的吸收层薄膜，一般是
多晶结构，其迁移率相对较小，大约是0.1-20 (cm' / V " S )。空穴浓度在10' lcm 一: i
和4 X l Oz0cm 3之间，电子浓度在5 X 10'5cm '到7X102"cmA范围。通过掺入适量的
稼以替代部分In，形成CtuInSe2和CuInGa2的固熔晶体，表示为Cu (In,_xGax) See
(简称CIGS),嫁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. 04-1. 7eV范围内可以根据设计调整，以达到最高的转化效率。
2. 2 CIGS电池制作方法比较
CIGS薄膜太阳能电池的底电极Mo和上电极n-Zn0一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、溅射后硒化法、电化学沉积法、喷涂热解法和丝网印刷法等〔4-12]。现在研究最广泛、制备出电池效率比较高的是共蒸发和溅射后硒化法，
被产业界广泛采用。后几种属于非真空方法，实际利用还有很多技术问题要克服，下面分别论述。
2.2.1几种非真空方法
(I)电化学沉积法
现在一般是在溶解有化合物成分的电解质水溶液中，插入两个相对的电极，加一定电压后，在负极基板上沉积出化合物薄膜。原料主要有氯化铜、三氯化锢、三氯化稼。电解液一般是亚硒酸和络合剂柠檬酸钠的水溶液，在镀Mo薄膜的钠钙玻璃衬底上，采用恒电位电沉积方法制备出太阳能电池薄膜材料CIS和CIGS薄膜。电化学法是非常有竞争力的方法之一，它的制备设备简单，对原料的纯度要求不高，对衬底的几何形状也没有特殊的限制，制备过程是在非真空条件下，原料的利用率比较高等等。这些优点，促使其受到业界的重视。但是，该方法在制备材料过程中，薄膜的化学计量比非常难以控制，大规模的商业利用还有很多技术问题需要克服。
(2)喷涂热解法
通常把反应物以气溶胶(雾)的形式，一般是通过惰性气体引入反应腔中，
在衬底上沉积制备吸收层薄膜。衬底通常要保持在高温状态，使化学原料发生裂解，形成薄膜。制备CIGS薄膜通常是采用饱和的氯化铜，三氯化锢，三氯化稼和
N-N二甲基硒胺水溶液，使该混合物喷射到已加热衬底上，使之热解反应沉积成2009届研究生博士学位论文
铜锢嫁硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
CIGS薄膜[13]。
(3)丝网印刷法
和上一种方法类似，将半导体组成元素的粉或盐类，做成糊状与烧结物一起和有机溶剂混合。将制备的糊状物，用丝印的方法涂布在所需的衬底上，对衬底进行高温烧结，使其中的有机物挥发掉。现在发展的喷墨打印、流延方法等都属于此类的非真空方法。其最大的优点是材料利用率高，设备简单。技术瓶颈是制备符合元素化学计量比的CIGS薄膜比较困难，并且容易出现二元或一元杂相，
碲化镉与铜铟镓硒对比报告
碲化镉与铜铟镓硒对比报告 主要特点对比 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。
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池研究 【摘要】：铜铟镓硒Cu(InGa)Se_2(CIGS)薄膜太阳能电池,具有转换效率高、成本低、稳定性好等特点,是最有发展前景的薄膜太阳能电池之一。到目前为止,基于三步共蒸发工艺制备的CIGS薄膜太阳能电池的效率已达19.99%,是所有薄膜太阳能电池中最高的。尽管这种制备方法有很多优点,制备成分均匀的大面积电池却具有难以克服的困难,不能满足大规模产业化的要求。在CIGS薄膜太阳能电池产业化进程中,克服其层间的附着力差,制备符合化学计量比具有黄铜矿结构的多晶薄膜吸收层是必须解决的两个最重要的工艺技术。本论文主要研究一种工艺简单、可控、适合产业化需要的技术工艺,即溅射制备合金预制膜后硒化的制备方法。研究采用的溅射系统,是本中心自行设计研制的三靶共溅设备,阴极大小为3英寸,衬底基座可以旋转,以保证制备薄膜的均匀。首先,在碱石灰玻璃衬底上制备厚度约1微米的钼电极,在溅射过程中通过改变工作气压,使Mo电极具有类似层状结构,消除了内应力的影响。通过扫描电镜分析,薄膜表面具有鱼鳞状结构,从而增加了Mo电极和CIGS吸收层之间的接触面积。Mo电极和玻璃衬底之间,及其和CIGS吸收层之间的附着力得到显著提高。然后,在沉积有Mo电极的玻璃衬底上,通过共溅射的方法制备约700纳米厚度的Cu(InGa)预制层薄膜,靶材采用CuIn和CuGa合金靶。硒化采用低温和高温过程依次进行的2步方法,采用固态硒源,硒化室是一个半密封的石墨盒。通过在高温区保温30分钟,制备出了性能优异的CIGS
吸收层薄膜,具有(112)晶面择优取向,显示明显的黄铜矿单一结构。薄膜表面平整,晶粒大小均匀、排列紧密,晶粒大小达到3到5微米。用化学水浴法,制备厚度约70纳米的CdS过渡层。分别采用醋酸镉和硫尿作为镉源和硫源。研究了ZnS薄膜的制备工艺,对无镉电池的制备做了初步探索。最后用射频磁控溅射的方法,研究了常温下制备透明导电材料IT0和ZnO的制备工艺,研究了溅射功率和溅射气压对薄膜性能的影响。所制备的透明导电薄膜在可见光谱范围内,透过率到达80%到90%,方块电阻达到15Ω/□以下。在CIGS薄膜太阳能中,作为上电极材料,具有广泛的应用前景。通过大量的实验,优化了背电极Mo、吸收层CIGS、过渡层CdS(ZnS)、本征氧化锌i-ZnO和搀杂氧化锌n-ZnO(或者ITO)的制备工艺。最后,制备出了结构为Glass/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/n-ZnO/A1的CIGS电池器件。对器件的性能做了测试分析,在没有减反射层的情况下,转化效率达到7.8%。该研究采用的CIGS薄膜太阳能电池的制备工艺简单、过程容易控制、设备和材料费用低,没有采用剧毒的气源,适合大规模产业化的要求,为以后进一步的研究开发做了技术储备。【关键词】：CIGS薄膜太阳能电池TCO磁控溅射合金靶固态硒源硒化 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2009
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％。这说明即使不使用CdS也能制备出高转化效率的CIGS太阳电池。 （二）国内研究进展 我国研究CIGS薄膜太阳电池在二十世纪八十年代开始起步，内蒙古大学、云南师范大学和南开大学等单位开始CIS材料和电池研究。南开大学采用蒸发法制备吸收层CIS薄膜，n型层CdS与窗口低阻层CdS：In薄膜。1999年研制(1cm2面积)的CIS电池效率为8.83％，CIGS电池效率为9.13％。1999年得到教育部“211”工程资助，开始研究金属预置层后硒化制备CIGS薄膜，CBD法制备过渡层CdS薄膜，溅射本征ZnO、ZnO：A1薄膜等工艺技术。2002年得到国家“863”计划的重点投入，建立了CIGS薄膜电池10×10cm2面积组件的研究平台，为中国发展CIGS薄膜太阳电池以及化合物电子薄膜与器件奠定了基础。 南开大学信息学院光电子研究所CIGS课题组研制的CIGS薄膜太阳电池转换效率已达13％以上，其电池结构为Al／ZnO：A1／Zn0／CdS／CIGS／Mo／Glass，柔性不锈钢衬底上的转换效率也已超过9％。2011年6月初，中国科学院深圳先进技术研究院与香港中文大学合作，成功研发出了光电转换效率达17%的铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池，此技术为国内报道的CIGS太阳电池的最高转换率。 三、CIGS薄膜制备技术 铜铟镓硒（CIGS）薄膜是电池的核心材料，CIGS电池的吸收层CIGS薄膜是一种多元化合物多晶半导体材料，元素配比是决定材料性能的主要因素。由于元素成分多、结构复杂，工艺中某一项参数略有偏差，则材料的电学性能和光学性能变化很大，制备过程难于控制。CIGS吸收层的制作方法很多，这些沉积制备方法包括：共蒸发法、后硒化法、电镀法、喷涂热解法和丝网印刷等。 其中普遍采用和制备出高效率电池的是共蒸发法和后硒化法。其他方法沉积得到符合元素化学计量比的CIGS薄膜比较困难并且容易出现二元或一元杂相，影响了电池效率的进一步提高。作为实验室里制备小面积的CIGS薄膜太阳电池时，共蒸发法沉积的CIGS薄膜质量明显高于其他技术手段，电池效率较高。但由于蒸发法对设备要求严格，蒸发过程中各元素沉积速率不容易控制，大面积生产均匀性不好；
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状及未来
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状及未来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。本文阐述了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势;介绍了国内外在铜铟 镓硒薄膜太阳能电池领域的研究现状;最后探讨了铜铟镓硒薄膜太阳 能电池的应用展望。 关键词：太阳能电池;薄膜;铜铟镓硒;展望 近几年，世界各国加速发展各种可再生能源替代传统的化石能源，以解决日益加剧的温室效应、环境污染和能源枯竭等全球危机。作为理想的清洁能源，太阳能永不枯竭，正成为当今世界最具发展潜力的产业之一。目前，太阳能电池市场主要产品是单晶硅和多晶硅太阳能电池，占市场总额的80%以上。由于晶硅电池的高成本和生产过程的高污染，成本更低、生产过程更加环保的薄膜太阳能电池得到快速发展。现阶段，有市场前景的薄膜太阳能电池有3种，分别是非晶硅、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CuInGaSe2,一般简称CIGS)薄膜太阳能电池。作为直接带隙化合物半导体，铜铟镓硒吸收层吸收系数高达
105cm-1，转化效率是所有薄膜太阳能电池中最高的，已成为全球光伏领域研究热点之一，即将成为新一代有竞争力的商业化薄膜太阳能电池。 1、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势 太阳能电池的材料一般要求主要包括：半导体材料的禁带宽度适中;光电转化效率比较高;材料制备过程和电池使用过程中，不存在环境污染;材料适合规模化、工业化生产，且性能稳定。经过数十年电子工业的研究发展，作为半导体材料硅的提炼、掺杂和加工等技术已经非常成熟，所以，现在的商品太阳能电池主要硅基的。但是，硅是间接带隙半导体材料，在保证电池一定转化效率前提下，其吸收层厚度一般要求150～300微米以上，理论极限效率为29%，按目前技术路线，提升效率的难度已经非常巨大。同时考虑到加工过程近40%的材料损耗，材料成本是硅太阳能电池的最主要构成。另外，其材料生产过程的高温提炼、高温扩散导致其制备过程能耗高，这使其能量偿还周期长，整体成本高。尽管经过近几年的规模化发展，市场价格得到大幅下降，其每瓦成本仍高于2美元。如果再考虑到其制备过程的高污染，更增加了其环境治理社会成本，这些都严重制约了其竞争优势。相比较，薄膜太阳能电池具有较大的成本下降空间，同时它能够以多种方式嵌入屋顶和墙壁，非常适合光电一体化建筑和大型并网电站项目。在这种情况下，薄膜太阳能电池引起了人们的重视，近几年成了科技工作者的研究重点。从全球范围来看，光伏产业近期仍将以
中国铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池未来发展趋势报告
2010-2012年中国铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池市场全景调查及未来发展趋势报告 报告简介 报告目录、图表部份 目录 第一章铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池概述 1 第一节太阳能电池的分类 1 一、硅系太阳能电池 1 二、多元化合物薄膜太阳能电池 3 三、聚合物多层修饰电极型太阳能电池 3 四、纳米晶化学太阳能电池 5 第二节铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池介绍7 一、CIS太阳电池的结构7 二、CIS太阳电池的特点7 三、生产高效CIS太阳电池的难点8 第三节铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池介绍8 一、CIGS太阳能电池基本概念8 二、CIGS太阳电池的结构9 三、CIGS薄膜太阳电池的优势9 四、CIGS薄膜三种制备技术的特点10 第二章2008-2009年世界CIGS薄膜太阳能电池产业发展状况分析12 第一节2008-2009年世界薄膜太阳能电池的发展分析12 一、全球薄膜太阳能电池产业迅速发展12 二、三种薄膜太阳能电池进入规模生产12 三、薄膜太阳能电池企业纷纷布局14 第二节2008-2009年世界CIGS薄膜太阳能发展概况14
二、全球CIGS电池发展现状16 三、全球铜铟镓硒太阳能电池领导厂商发展概况19 第三节2009-2012年世界CIGS薄膜太阳能电池产业发展趋势分析21 第三章2008-2009年世界主要国家CIGS薄膜太阳能电池发展分析23 第一节2008-2009年世界CIGS薄膜太阳能企业发展动态23 一、IBM与TOK将共同开发新型CIGS太阳能电池23 二、德国SOLIBRO开始提供CIGS太阳能电池23 三、IBM涂布法CIGS太阳能电池转换效率突破12.8％24 四、VEECO公司CIGS薄膜太阳能电池设备获得订单24 五、亚化宣布进军CIGS薄膜太阳能领域25 第二节2008-2009年美国CIGS薄膜太阳能电池发展分析25 一、美国化合物太阳能电池专利权人分析25 二、美国CIGS化合物太阳能电池研发状况26 三、美国CIGS化合物太阳能电池厂商商业化动向27 四、2008年美国CIGS电池转换效率再创历史新高28 第三节2008-2009年日本CIGS薄膜太阳能研发状况28 一、日本研制成功CIGS太阳电池新制法28 二、日本采用CIGS太阳电池技术成功试制图像传感器29 三、日本量产型CIGS型太阳电池模块光电转换率实现15.9% 30 四、日本柔性CIGS太阳能电池单元转换率达全球之首31 第四章2008-2009年国外CIGS太阳电池主要生产企业运营透析32 第一节美国GLOBAL SOLAR ENERGY INC.（GSE）32 一、公司概况32 二、2008年GSE美国CGIS太阳能电池生产厂投产32 三、世界最大CIGS薄膜太阳能电池阵在GSE投入使用32 第二节日本的HONDA SOLTEC CO.，LTD 33 一、公司概况33 二、本田SOLTEC开发出CIGS型太阳能电池33
关于编制铜铟镓硒薄膜太阳能电池项目可行性研究报告编制说明
铜铟镓硒薄膜太阳能电池项目可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：https://www.wendangku.net/doc/ef14456792.html, 高级工程师：高建
关于编制铜铟镓硒薄膜太阳能电池项目可 行性研究报告编制说明 （模版型） 【立项 批地 融资 招商】 核心提示： 1、本报告为铜铟镓硒薄膜太阳能电池形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。 2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整） 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 专 业 撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书 商业计划书可行性研究报告
目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (8) 2.1项目提出背景 (8) 2.2本次建设项目发起缘由 (8) 2.3项目建设必要性分析 (8) 2.3.1促进我国铜铟镓硒薄膜太阳能电池产业快速发展的需要 (9) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (9) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (9) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (9) 2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (10) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (10) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (11) 2.4项目可行性分析 (11) 2.4.1政策可行性 (11) 2.4.2市场可行性 (11) 2.4.3技术可行性 (12) 2.4.4管理可行性 (12) 2.4.5财务可行性 (13) 2.5铜铟镓硒薄膜太阳能电池项目发展概况 (13)
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池-陈群
CIGS太阳能薄膜电池结构和组件生产工艺 陈群 CIGS目前是最具潜力的高效率、低成本的太阳能薄膜电池，具有如下优点：最高太阳能薄膜电池转换效率；薄膜电池的低成本制作；长期稳定的工作性能；易大规模商业化生产等。如图1所示，完整的CIGS电池结构包括：1-5毫米厚的钠钙玻璃基底；约1微米厚的钼金属背面电极；约2微米厚的铜铟镓硒（硫）光吸收层；约50纳米厚的硫化镉缓冲层；约50纳米厚的氧化锌和约1微米厚的铝杂氧化锌窗口层；约100纳米厚氟化镁光学增透层；约2微米厚镍铝正面电极。 图1 CIGS电池结构 CIGS电池组件在电池制备过程中形成串联，方式如下图2所示。其中P1使用激光刻划，防止相邻电池钼金属电极接触形成短路。P2使用机械探针刻划，使真空溅射的铝掺杂氧化锌与钼金属电极相连形成串联。P3使用机械探针刻划，防止相邻铝杂氧化锌电极接触形成短路。 图2 CIGS电池串联方式 图3概括了CIGS电池组件的生产流程：1、清洗钠钙玻璃基底；2、真空溅镀钼金属背面电极；3、激光刻蚀钼金属形成P1划线；4、制备CIGS光吸收层； 5、化学浴沉积CdS缓冲层； 6、真空溅镀一薄层氧化锌； 7、探针机械切割形成
P2划线；8、真空溅镀一层铝杂氧化锌；9、探针机械切割ZnO，CdS和CIGS形成P3划线；10、并联连接各个电池模块；11、封装电池形成组件。 图3 CIGS电池组件的生产流程 CIGS电池组件成套生产线仪器设备的信息请参考centrotherm公司：https://www.wendangku.net/doc/ef14456792.html,/startseite/bomuzujian/chanpin1/ctscx.html
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铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池 项目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 编制时间：https://www.wendangku.net/doc/ef14456792.html, 高级工程师：高建
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目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (8) 2.1项目提出背景 (8) 2.2本次建设项目发起缘由 (8) 2.3项目建设必要性分析 (8) 2.3.1促进我国铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池产业快速发展的需要 (9) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (9) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (9) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (9) 2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (10) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (10) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (11) 2.4项目可行性分析 (11) 2.4.1政策可行性 (11) 2.4.2市场可行性 (11) 2.4.3技术可行性 (12) 2.4.4管理可行性 (12) 2.4.5财务可行性 (13) 2.5铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池项目发展概况 (13)
普尼太阳能(杭州)有限公司年产3MW铜铟镓硒薄膜太阳能电池、组件研发增资项目环境影响报告书
普尼太阳能（杭州）有限公司年产3MW铜铟镓硒薄膜太阳能电池、组件研发增资项目 环境影响报告书 （简本） 浙江大学 Zhejiang University 国环评证：甲字第2002号 二○一○年四月
第1章总论 1.1 项目由来 太阳能作为一种清洁能源，对我国能源替代及可持续发展意义重大。目前，学术界和产业界普遍认为太阳能光电池的发展目前已经进入了第三代，第一代为单晶硅太阳能电池片，第二代为多晶硅、非晶硅太阳能电池片，第三代就是薄膜太阳能电池，分硅系列和非硅系列。 目前传统晶硅电池应用仍较多，商业化程度高，但硅材料的匮乏及不断高涨的价格限制了晶硅太阳能电池的发展。而薄膜太阳能电池从根本上解决这一问题，且具有光电转换效率高、成本低、可大面积沉积在廉价的玻璃甚至塑料衬底上等优势，发展前景越来越被人看好。据预测，到2030年薄膜太阳能电池将占整体太阳能电池份额的30%以上，从而与晶体硅太阳能电池平分秋色。 铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池就是薄膜太阳能电池中的佼佼者。CIGS薄膜太阳能电池是多元化合物半导体薄膜电池，具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率接近于晶体硅太阳能电池，居各种薄膜太阳能电池之首，而成本则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳能电池”，是近几年研究开发的热点。该电池具有柔和、均匀的黑色外观，在现代化高层建筑等领域也将有很大的市场，是对于外观有较高要求场所的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等。另外，该电池在空间微小卫星动力电源的应用
上也具有广阔的市场前景。 根据《杭州高新技术产业开发区管理委员会文件》杭高新[2009]246号文“关于薄膜太阳能电池、组件研发增资项目核准的批复”，普尼太阳能（杭州）有限公司由HONGKONG OPTONY CO., LIMITED和哈尔滨高科技（集团）股份有限公司共同出资，总投资由10万美元增加到4000万美元，注册资本由10万美元增加到1500万美元，于2009年9月18日在滨江区注册成立。公司自主研发设计的高效薄膜太阳能电池及组件结合了当今世界最高效率的薄膜太阳能光伏技术与先进的聚光概念，兼具低成本及高效率的特点，可为产品用户提供了可靠而廉价的清洁电力。普尼太阳能（杭州）有限公司在杭州高新技术开发区租用杭州市滨江区江陵路88号浙江万轮车业集团有限公司5幢1~2层生产厂房，租赁面积3086.56m2，投资4000万美元，引进进口先进设备，建设一条3MW的CIGS薄膜太阳能电池生产线，主要从事技术开发、技术服务、太阳能系统集成、薄膜太阳能电池配套组件等。目前，企业生产基地处于厂区施工建设及设备安装调试阶段，计划于2010年运营第一条中试生产线。 根据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国环境影响评价法》、国务院[1998]第253号令《建设项目环境保护管理条例》中的有关规定，在工程项目可行性研究阶段须进行环境影响评价工作。建设单位于2010年1月委托浙江大学承担该项目中试生产线的环境影响评价报告书的编制工作。我单位在接受委托后，对项目拟建地进行了现场踏勘，对周围环境进行了调查分析，在征求环保主管部门意见和相关资料收集整理的基础上，编制了本环境影响评价报告书。
铜铟镓硒项目环境影响报告书
铜铟镓硒项目环境影响 报告书 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-
年产3MW铜铟镓硒薄膜太阳能 电池、组件研发增资项目 环境影响报告书 （简本） 二○一○年四月 第1章总论 项目由来 太阳能作为一种清洁能源，对我国能源替代及可持续发展意义重大。目前，学术界和产业界普遍认为太阳能光电池的发展目前已经进入了第三代，第一代为单晶硅太阳能电池片，第二代为多晶硅、非晶硅太阳能电池片，第三代就是薄膜太阳能电池，分硅系列和非硅系列。 目前传统晶硅电池应用仍较多，商业化程度高，但硅材料的匮乏及不断高涨的价格限制了晶硅太阳能电池的发展。而薄膜太阳能电池从根本上解决这一问题，且具有光电转换效率高、成本低、可大面积沉积在廉价的玻璃甚至塑料衬底上等优势，发展前景越来越被人看好。据预测，到2030年薄膜太阳能电池将占整体太阳能电池份额的30%以上，从而与晶体硅太阳能电池平分秋色。 铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池就是薄膜太阳能电池中的佼佼者。CIGS薄膜太阳能电池是多元化合物半导体薄膜电池，具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显着特点，光电转换效率接近于晶体硅太阳能电池，居各种薄膜太阳能电池之首，而成本则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳能电池”，是近几年研究开发的热点。该电池具有柔和、均匀的黑色外观，在现代化高层建筑等领域也将有很大的市场，是对于外观有较高要求场所的理想选
择，如大型建筑物的玻璃幕墙等。另外，该电池在空间微小卫星动力电源的应用上也具有广阔的市场前景。 根据《杭州高新技术产业开发区管理委员会文件》杭高新[2009]246号文“关于薄膜太阳能电池、组件研发增资项目核准的批复”，普尼太阳能（杭州）有限公司由HONGKONG OPTONY CO., LIMITED和哈尔滨高科技（集团）股份有限公司共同出资，总投资由10万美元增加到4000万美元，注册资本由10万美元增加到1500万美元，于2009年9月18日在滨江区注册成立。公司自主研发设计的高效薄膜太阳能电池及组件结合了当今世界最高效率的薄膜太阳能光伏技术与先进的聚光概念，兼具低成本及高效率的特点，可为产品用户提供了可靠而廉价的清洁电力。普尼太阳能（杭州）有限公司在杭州高新技术开发区租用杭州市滨江区江陵路88号浙江万轮车业集团有限公司5幢1~2层生产厂房，租赁面积3086.56m2，投资4000万美元，引进进口先进设备，建设一条3MW的CIGS薄膜太阳能电池生产线，主要从事技术开发、技术服务、太阳能系统集成、薄膜太阳能电池配套组件等。目前，企业生产基地处于厂区施工建设及设备安装调试阶段，计划于2010年运营第一条中试生产线。 根据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国环境影响评价法》、国务院[1998]第253号令《建设项目环境保护管理条例》中的有关规定，在工程项目可行性研究阶段须进行环境影响评价工作。建设单位于2010年1月委托浙江大学承担该项目中试生产线的环境影响评价报告书的编制工作。我单位在接受委托后，对项目拟建地进行了现场踏勘，对周围环境进行了调查分析，在征求环保主管部门意见和相关资料收集整理的基础上，编制了本环境影响评价报告书。 通过环境影响评价，可了解建设项目建设前的环境现状，预测项目建成后对周围大气环境、水环境及声环境的影响程度和范围，并提出防治措施和减轻项目建设对周围环境影响的可行措施。同时进行公众参与调查，可了解项目周围公众对本项目的态
铜铟镓硒(CIGS)太阳能薄膜电池项目可行性研究报告
铜铟镓硒（CIGS ）太阳能薄膜电池项目 可行性研究报告
第一章总论 一、项目背景 （一）项目名称：铜铟镓硒（CIGS太阳能薄膜电池 （二）项目承担单位：某某浩德集团有限公司 （三）项目主管单位：国家高新技术开发区管理委员会 （四）项目拟建地区和地点：国家高新技术开发区新能源产业园 （五）可行性研究报告研究范围 1、太阳能光伏产业和技术发展趋势研究 2、市场需求及产品销售预测 3、项目建设的必要性、建设条件及选址 4、CIGS太阳能薄膜电池的技术方案和工程方案 5、环境保护方案 6、节能措施 7、投资估算及资金筹措 &财务及经济效益分析 （六）可行性研究报告编制依据 2007 年1、国务院颁布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（ 度）》 2、《建设项目经济评价方法和参数》（第三版） 3、技术提供方德国centroherm公司提供的经济技术参数 4、国内外太阳能光伏产业发展状况
5、国家有关法律法规和财税政策 （七）研究工作概况 1、项目建设的必要性 （1）太阳能电池是太阳能光伏产业中技术含量高、经济体量最高的核心组件，成长性好，市场空间巨大，投资引进技术先进的太阳能电池项目将推动光伏产业的快速发展，有利于节能减排目标的实现，有利于能源结构的调整，有利于区域经济结构的优化。 未来数年光伏行业的复合增长率将高达30％以上。至2020 年全球光伏发电装机容量将达到300GW整个产业的年产值将超过3000亿美元，至2040年光伏发电将达到全球发电总量的15－20％。 该项目的引进与建设将有力促进城市圈“两型社会”的建设。加快太阳能光伏产业的发展，有望改变我国城乡的民用能源结构。大力引进、发展和生产包括CIGS模组片产品系列在内的新能源项目既具有良好的发展前景，又符合国家、省、市产业发展政策，国家发改委、科技部、商务部、知识产权局发布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2007）》将开发生产高效率低成本的太阳能光伏电池、新型太阳能电池及制造设备确定为重点项目。既有很好的经济效益，又有良好的社会效益。本项目建设将有力促进城市圈“两型社会”的建设和发展。 （2）德国centrotherm公司开发生产的CIGS薄膜太阳能电池是目前世界上光电转化率最高的第三代太阳能电池，并提供交钥匙工程服务，包销生产初期所有产品。该项目的引进将填补国内空白，带动我国太阳能电池的升级换代，推动区域高新技术产业结构优化，并具有良好经济回报。 Centrotherm公司开发的CIGS太阳能薄膜电池技术水平在世界处于领先，规模化生产技术成熟，生产成本低、原材料消耗少、单位产品能耗低、用途广泛，产品具有强劲的市场竞争力，经济性能优良将为投资者带来丰厚的回报。
关于编制铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池项目可行性研究报告编制说明
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池 项目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 编制时间：https://www.wendangku.net/doc/ef14456792.html, 高级工程师：高建
关于编制铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池 项目可行性研究报告编制说明 （模版型） 【立项 批地 融资 招商】 核心提示： 1、本报告为模板形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。 2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整） 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 专 业 撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书 商业计划书可行性研究报告
目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (8) 2.1项目提出背景 (8) 2.2本次建设项目发起缘由 (8) 2.3项目建设必要性分析 (8) 2.3.1促进我国铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池产业快速发展的需要 (9) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (9) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (9) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (9) 2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (10) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (10) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (11) 2.4项目可行性分析 (11) 2.4.1政策可行性 (11) 2.4.2市场可行性 (11) 2.4.3技术可行性 (12) 2.4.4管理可行性 (12) 2.4.5财务可行性 (13) 2.5铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池项目发展概况 (13)