铜铟稼硒太阳能电池课件.ppt

6 CIGS薄膜太阳电池的稳定性 和任何半导体器件一样，太阳电池的稳定性是其作为产品的重要指标。稳定性的真正判据是它在工作环境条件下能正常工作的时间。这个时间当然是越长越好。对于单晶硅电池，人们总结多年经验，规定其使用寿命为20年。这也就成为许多新研制的太阳电池的目标。太阳电池性能的衰退包括以pn结为核心的各层半导体材料的衰减及其界面、外封装引线材料性能的退化等。太阳电池的稳定性是一个长期使用寿命的预期问题。为了预知其使用寿命，人们进行了大量的实验研究，也提出了许多所谓“加速老炼”的方法。但是至今为止，最可信的方法仍然是在室外太阳电池真正工作的环境下，进行长期的观察和细心测试，再进行总结和判断。 下面介绍CIGS薄膜太阳电池室外试验结果，也介绍一些加速老炼的湿热试验结果。 6.1 户外长期稳定性试验 图6.40a为科罗拉多太阳能研究中心(SERI)对CIS组件的户外稳定性的研究结果。 CIS组件在户外条件下工作5个月，电池的性能没有任何的衰减。为了进一步验证CIS电池户外的长期稳定性，Siemens太阳能公司对CIS组件进行了8年的户外测试，结果如图6.40b所示。除了1989年、1990年更换模拟器时电池效率稍有变动以外，其他时间电池的平均效率基本不变甚至有所增加。近来日本Showa Shell 公司对11kW的CIGS电池方阵进行了户外测试。图6.40(c)是该方阵的实物图。从方阵中定期取出相同的组件在标准条件(25℃，AM1.5)下测试，测试时间持续3年，结果如图6 .40(d)所示。结果表明CIGS组件的效率没有发现任何的衰减，再次证明了CIGS电池的稳定性。 可以得到初步结论: CIGS薄膜太阳电池是相当稳定可靠的新型薄膜光伏器件，它将具有广阔的发展空间和产业化前景。 6.2 湿热试验 研究表明，湿热试验对CIGS电池是有害的。对电池性能的主要影响是降低开路电压和填充因子。Showa Shell的湿热试验结果见图6.41，试验条件为相关国际标准IEC 61646所规定。从图6.41可以看出，电池输出功率随着试验时间的延长明显衰减，但在“光老炼”后可恢复到最初功率的95%左右。所谓 “光老炼”是指在稳态模拟器或者户外阳光下进行一定时间的辐照。 湿热条件下，对小面积CIGS电池的研究表明，电池的填充因子降低20%-50%，开路电压降低5%-10%。湿热试验引起电池性能衰退的原因如下:ZnO电阻率的降低导致空间电荷区变宽，pn结向n型区偏移，增大了光生载流子的收集势垒，降低了填充因子;导纳谱和变温C--V测试表明，湿热试验增加了CIGS薄膜中的缺陷态密度，这势必会增强复合并降低电池的开路电压，因此抗湿热的封装材料与结构对电池组件的长期使用具有至关重要作用。 表6.12为湿热试验对CIGS组件性能的影响，组件的内部连接见图6.24 (b)。从表中可以看出，组件效率的主要损失是由于电压和填充因子的降低引起的，短路电流密度基本不变(表中未列出)。前电极Al-ZnO和背电极Mo的薄层电阻在1000h的湿热试验后分别增加了3倍和1倍，这都会增加电池的串联电阻。而CIGS层电阻率的降低会增加P1处的分路损失，进而影响器件的开路电压。 可以看出，在湿热条件下，电池的效率会降低。必须通过改进封装工艺和材料，优化设计电池的内部连接结构，才可降低湿热条件对CIGS电池性能的影响。 第六节 CIGS薄膜太阳电池的异质结特性 1 ClGS薄膜太阳电池异质结能带图 CIGS薄膜太阳电池的pn结是由p型CIGS膜和n型ZnO/CdS双层膜组成的反型异质结。目前常用的能带图如图6.42所示。它的p型区只有CIGS薄膜，而n型区则相当复杂，不仅有n+-ZnO、i-ZnO和CdS，而且还含有表面反型的CIGS薄层。 研究表明。高效CIGS薄膜太阳电池的CIGS吸收层表面都是贫Cu的，它的化学配比与体内不同，可能变为CuIn3Se5、 Cu（In,Ga)3Se5或类似的富In, Ga的有序空位化合物(OVC)。不少研究小组测出OVC层是n型的，它的禁带宽度比CIS的大0.26eV，而且禁带的加宽主要是由价带下移而导带基本不变，因此得到图6.43所示的能带结构。从图中可以看出，一个由CIS组成的同质pn结深入到ClS内部而远离有较多缺陷的CdS/CIS界面，从而降低了界面复合率。同时，吸收层附近价带的下降形成一个空穴的传输势垒，使界面处空穴浓度减小，也降低界面复合。因此，CIGS表面缺Cu层的存在有利于太阳电池性能的提高。 由于本征ZnO层的费米能级离导带较远，它的存在必定使CdS和低阻ZnO间的能带有所调整。图6.44表明，高阻ZnO使界面处导带底与平衡费米