CIGS薄膜光伏–应用讨论

应用笔记

的Cu(的In,Ga)硒2 (CIGS)薄膜PV是一种薄膜 光伏技术 处于大规模商业化的早期阶段。 CIGS具有高电池效率(接近20%)和模块效率(~13%),直接带隙,高吸收系数以及可用于低成本,大规模制造的工艺的优势,包括轧制到滚动聚合物或不锈钢基材。 电池的电子特性非常耐受Cu含量的组成变化。 CuInSe2 可以与Ga(普通),Al和S形成合金,以在很宽的范围内设计带隙,从而提高性能。

随着制造规模的扩大,CIGS薄膜PV的主要改进领域是性能可靠性和均匀性。

材料表征 运用 表面分析 这些方法可用于支持绩效分析和效率改进的研发。

上面显示的CIGS薄膜PV器件结构示意图说明了表面分析可以提供帮助的一些方法。

上面显示的CIGS薄膜PV器件结构的示意图说明了表面分析可以提供帮助的一些方法。

在原理图的左侧,我们看到了分层结构。 在这种情况下,基板是钠钙玻璃,该装置中需要Na的来源,但是也使用替代基板,例如不锈钢箔或聚酰亚胺板,在这种情况下,需要另外的添加Na的方法。 在示意图中,金属(在这种情况下为Mo)沉积在玻璃基板上,厚度为0.5μm。 接下来沉积CIGS层,其厚度为2μm量级,并且薄的(~50nm)CdS层沉积在CIGS的表面上。 CdS的替代物包括CdZnS,Zn(S,O,OH),ZnSe,ZnIn2Se4,在2S3和ZnMgO。

最后,沉积厚度为0.2μm至0.5μm的透明导电氧化物(TCO),例如ZnO / ZnO:Al或ZnO / ITO。 光从TCO侧进入,并在CIGS层中被吸收,在CIGS层中形成电子 - 空穴对。 CdS / CIGS异质结处的p / n结,或者由CdS界面处的CIGS的Cd掺杂表面区域形成的同质结,产生耗尽区域,该区域将电子和空穴分开并允许它们被收集,从而产生太阳能电池电流。 CIGS太阳能电池设计和制造中的两个关键步骤是在CIGS层中引入受控的Ga分布的过程以及将~0.1%Na引入器件的过程。 CIGS层必须是缺铜的,并且电池的稳定性归因于电学惰性的缺陷对的稳定形成。 每层都是多晶的。

在原理图的右侧显示了一些材料分析的例子。 从底部开始,或者从细胞形成开始,我们在玻璃基板上具有金属层。 该金属层是最常溅射的Mo,其具有目标电阻率并允许Na从玻璃基板扩散到CdS和CIGS的上层。 Mo膜的厚度和微观结构对于电阻率和允许Na扩散的能力都是至关重要的。 厚度可以通过测量 XRR。 微观结构可以表征为 XRD (阶段ID), SEMAFM。 孔隙度可以表征为 TEM。 Mo膜中的氧可以影响性能,这可以通过以下方法确定 XPS 以及 苏格兰皇家银行. SIMS 可以用来通过Mo将Na分布到上层。 如果玻璃基板由诸如不锈钢的金属箔代替,则箔的缺陷可以通过AFM和特征来表征 .

沉积在金属触点上的CIGS层可以通过许多技术表征。 横截面SEM给出了颗粒和空隙形态。 TEM提供有关缺陷的信息,包括纳米域。 STEM/ EDS提供有关合金成分比例波动的信息。 SIMS给出了主要成分(Cu,In,Ga,Se)的分布以及诸如O和C污染物的杂质以及所需的Na。 奥格还可以介绍主要成分。 XRD和GIXRD给出CIGS相ID,并且XPS在沉积CdS层之前提供表面化学计量方差。

通过XRR和RBS可以获得CdS层的厚度和组成。 TCO层组成和厚度可以通过XRR和RBS测定,而XRD可以在加速环境老化测试下提供相降解。

此外,可以通过以下方式确定可以在任何步骤(包括模块形成)进入该过程的有机污染物 FTIR, GCMS,XPS, 拉曼TOF-SIMS.

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