1. 绪论

目前, 光伏应用的太阳能电池主要有两类, 按所用光伏材料分为结晶型和薄膜类,型两即晶硅片太阳电池和薄膜太阳电池。结晶型材料有单晶硅、多晶硅等,其优势是光电转换效率高, 其中单晶硅太阳电池实验室最高水平转换率达25% , 工业化水平一般为 14% ~ 18%。^[1]但由于近年来硅的价格飞涨，硅原料供应紧张，因此薄膜型太阳能电池在市场份额开始不断增大，也越来越成为人们研究的热点。

薄膜型光伏材料有非晶硅 、 铜铟 硒( CuInSe₂ , 简称 CIS) 和铜铟镓硒( CuInGaSe₂ , 简称CIGS)、碲化镉( CdTe) 等。薄膜太阳电池的优势是易于大面积连续生产, 成本低。其中铜铟镓硒光伏电池具有高光吸收系数、高转换效率、可调的禁带宽度、高稳定性、较强的抗辐射性能等优点，被认为是最有前途的太阳能电池之一。

CIGS薄膜太阳电池具有成本低、转换效率高、不衰退的特性 ,是很有发展前途的光伏器件。1976 年,第一个CIS 多晶薄膜太阳能电池的诞生 ,激励了各国研究者。日本和欧美在 CIGS 太阳电池的研究方面投入了大量人力物力 , 并取得相当快的进展。

与国际上研究开发的力度和规模相比较 , 无论研发的时间和历史、 研究力量、 研究公司的数量还是从国外所达到的光电转化效率以及成品率的数据 ,我国的差距还是相当大的。国内相关基础研究水平较低 , 目前所达到的实验室最高光电转化率仅约为

10 % 。

由于 CIGS 光伏材料的优异性能 , 吸引世界各国投入了大量的人力物力介入该领域。CIGS 是CIS 系列中最具有发展前景的材料，NREL制备的CIGS 薄膜电池已达到19.9% ^[2］，现在转化效率已达20.3%，而CIGS 薄膜制备的聚光太阳能电池转化率达到21.5%^[3]虽然传统的CIGS电池已经进入商业市场，但与晶硅电池相比，电池效率偏低，所以制备高效率器件十分重要。目前，效率最高的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的镓含量约为28%，其带宽度为1.15ev，当镓含量增大时，电池效率下降，禁带宽度没有达到单结电池的最佳禁带宽度，因此存在着太阳光谱的利用损失。^[4] 此外， 单结太阳电池在实现光电转换的过程中， 总是存在固有的损失， 禁带宽度低的太阳电池， 造成开路电压损失； 禁带宽度高的太阳电池， 会造成电流损失。 解决问题的办法就是采取多禁带多结太阳电池的结构，即制备叠层电池，分段利用太阳光谱，并使入射光子的能量与吸收材料的带宽相匹配，^[5] 实现更高的光电转换效率。利用CIGS能带可调，使上下电池的光吸收互补，电池匹配，从而使电池性能有效提高。

2. 铜铟镓硒太阳能电池的工作原理

铜铟镓硒太阳能电池是由p型铜铟镓硒膜和n型ZnO/CdS双层膜组成的异质结构。能带图如图1和图2所示^[6]。它的p型区只有铜铟镓硒薄膜，而n型区较为复杂，不仅有n -ZnO、i-ZnO和CdS，而且还含有表面反型的铜铟镓硒薄层。

图1铜铟镓硒薄膜太阳能电池 图2铜铟镓硒薄膜太阳能电池的能带图