铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。

简介

铜铟硒太阳能薄膜电池（简称铜铟硒电池）是在玻璃或其它廉价衬底上沉积若干层金属化合物半导体薄膜，薄膜总厚度大约为2－3微米，利用太阳光发电。铜铟硒电池具有成本低、性 能稳定、抗辐射能力强等特性，光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，正是由于其优异的性能被国际上称为下一时代的廉价太阳能电池，吸引了众多机构及专家进行研究开发。但因为铜铟硒电池是多元化合物半导体器件，具有复杂的多层结构和敏感的元素配比，要求其工艺和制备条件极为苛刻，目前只有美国、日本、德国完成了中试线的开发，但尚未实现规模化生产。

突出特点

CIS 太阳电池有转换效率高、制造成本低、电池性能稳定三大突出的特点。

转换效率高

CIS薄膜的禁带宽度为1.04eV，通过掺入适量的Ga以替代部分In，成为Cu In1= xGaxSe2 (简称CIGS) 混溶晶体，薄膜的禁带宽度可在1.04～1.7 eV 范围内调整，这就为太阳电池最佳带隙的优化提供了新的途径。所以, C IS (C IGS)是高效薄膜太阳电池的最有前途的光伏材料。美国NREL 使用三步沉积法制作的C IGS 太阳能电池的最高转换效率为19.5%，是薄膜太阳电池的世界纪录。

制造成本低

吸收层薄膜CuInSe2是一种直接带隙材料，光吸收率高达105量级，最适于太阳电池薄膜化，电池厚度可以做到2～3Lm，降低了昂贵的材料消耗。C IS 电池年产1. 5MW，其成本是晶体硅太阳电池的1/ 2～1/3，能量偿还时间在一年之内，远远低于晶体硅太阳电池。

电池性能稳定

美国波音航空公司曾经制备91cm2的C IS 组件，转换效率为6.5%。100MW/cm2光照7900 h 后发现电池效率没有任何衰减，西门子公司制备的CIS电池组件在美国国家可再生能源实验室(NREL ) 室外测试设备上，经受7年的考验仍然显示着原有的性能。

制备方法

为降低大面积C IS太阳电池的制作成本、，各国学者提出了不同的制作方法，除了吸收层C IS 以外，其他各层通常采用真空蒸发或溅射成膜。过渡层CdS 的制备使用化学成膜法可以保证膜的致密、均匀，易于控制，现今多采用水浴法。吸收层CIS(CIGS) 是多元化合物，原子的晶格配比及结晶状况对其性能起着决定性的作用。目前制备CIS和CIGS吸收层有许多种方法：真空蒸发、磁控溅射、电沉积法、电子束蒸发、电镀等等。先简单介绍几种制备方法。

1、蒸发法制备法：作为实验室里制备面积很小的CIGS电池样品时，蒸发法制备的电池效率比较高，包括最高转化率的电池的CIGS层均是蒸发法制备的。目前采用多元共蒸发法成膜工艺，虽然可制备出高水平CIGS的电池，但元素的化学配比很难靠蒸发来精确控制，因而电池的良品率不高，产业化的实现比较困难，另外蒸发法其原料的利用率低，对于贵金属来说浪费大，不利于降低成本。这两种方法在日本、美国、德国无论在实验室和生产线上都有采用。

2、电沉积技术制备法：电沉积技术分为两大类：一步法、分步法。一步法制备CIS 薄膜涉及各元素(Cu、In、Se) 的分别沉积, 其中铜和硒的电极电位远比铟的高。这样在沉积过程中，铟元素较难还原。通常通过调节溶液pH值、电镀液中各元素的浓度, 使三种元素的电极电位尽可能相近，以保证三元素以接近CIS分子式的化学计量比析出。最初电化学沉积CIS薄膜采用恒电流法，后绝大多数是控制恒电位。

3、电镀法制备法：电镀法制备CIGS层，要制备具有理想定比、致密和表面均匀的薄层非常困难。要获得生产要求大面积均匀则更难。

4、硒化法是现在制备CIS (CIGS)薄膜的主流工艺，它是通过将Cu、In、Ga 合金预制膜硒化来制得C IGS 薄膜，硒化法中，Cu 和In 的厚度按配比严格控制，成膜方法有溅射、蒸发和电沉积等等。硒化法主要有分步蒸发硒化法，后硒化法等。分步硒化法是指将Cu+ Se和In+ Se分别共蒸后再硒化。当前，国际上比较流行”三步蒸发硒化法”制备CIGS 薄膜材料。近年来以固态硒作源的硒化(固态源后Se 化工艺) 被广泛采用，其原料为Se+ H2固气混合体，可以将固态Se 蒸发为饱和蒸汽，通过控制衬底温度和蒸汽压强，来实现硒化工艺，由此降低成本，而且无毒，工艺的重复性也有很大的提高。

5、溅射法不但可以可靠的调节各元素配比，并且制备出来的膜均匀性好，因为溅射粒子的能量比蒸发法要大的多，所以膜与基片的附着力增加，使膜致密结实，同时还可以控制溅射速率和时间的控制，有利于提高重复性。磁控溅射一般溅射CuIn和CuGa沉积CuInGa合金预制层，然后硒化。