CIGS Moduł fotowoltaiczny – Wikipedia

. CIGS komórki fotowoltaiczne składają się z bezpośredniego kompozytowego materiału półprzewodnika, zwanego dokładnie CIGS (akronim z angielskiego: Miedź indium galu (di) selenid ; to jest „(z) wyboru miedzi Indio gallio”). Ponieważ materiał ma dużą moc wchłaniania światła słonecznego, znacznie cieńsza folia (folia) jest wystarczająca niż inne materiały półprzewodników. Absorbnik CIGS jest osadzany na nośniku szklanym, wraz z elektrodami w celu zebrania prądu.

Współczynnik absorpcji CIGS jest wyższy niż jakikolwiek inny półprzewodnik używany do ogniw słonecznych. Urządzenia zbudowane z CIGS należą do kategorii fotowoltaicznej (FV) do cienkich warstw. Rynek FV w cienkich filmach wzrósł według rocznego tempa 60% w latach 2002–2007 i wciąż szybko rośnie. ^[Pierwszy] Dlatego istnieje silna zachęta do opracowania i ulepszenia metod osadzania się tych filmów, które pozwolą na niższe koszty i zwiększone zwroty.

CIGS (numer CAS: 12018-95-0) to materiał półprzewodnikowy I-III-VII ₂ , złożone z miedzi, rozliczania, gallio i selenu. Materiał w temperaturze pokojowej przedstawia się jako stały roztwór miedzi i oczyszczania (często skrócone „cis”) oraz rysunku miedzi i galu, z brutalną chemiczną formułą Cuin _X Dla _(1-x) Z ₂ , gdzie wartość „x” może się różnić od 1 (wybrana czystej indukcji miedzi) do 0 (czyste czyste miedziane galium).

CIGS składa się z półprzewodnika, ze strukturą kryształu piłki nożnej z wiązaniami chemicznymi z tetrahedron X z około 1,0 eV (dla Selecto miedzi-indyjskiego) do około 1,7 eV (dla miedzi-galium selecturi). ^[2]

CIGS jest używany jako materiał adsorbencyjny Światło w subtelnych filmach słonecznych. Materiał ten ma wyjątkowo wysoki współczynnik absorpcji wynoszący więcej niż 10 ⁵ /cm dla fotonów 1,5 eV i o wyższej energii. ^[3] Zarówno krajowe laboratorium energii odnawialnej (NREL), jak i Zentrum für Sonnenenenigie und Wasserstoff Forschung (ZSW) twierdziły, że tworzenie ogniw słonecznych CIGS o wydajności większej niż 20%, co do tej pory jest rekordem dla wszystkich filmów słonecznych z cienkimi filmami. ^{[4] [5]}

${displaystyle {begin{pmatrix}mathrm {Cu} \mathrm {Ag} \mathrm {Au} end{pmatrix}}{begin{pmatrix}mathrm {Al} \mathrm {Ga} \mathrm {In} end{pmatrix}}{begin{pmatrix}mathrm {S} \mathrm {Se} \mathrm {Te} end{pmatrix}}_{2}}$ Możliwe kombinacje pierwiastków (I, III, VI) w stoliku okresowym, które mają efekt fotowoltaiczny

Najczęstsza struktura urządzeń do ogniw słonecznych CIGS pokazano na rycinie 2. Szkło jest powszechnie stosowane jako podłoże, jednak wiele firm patrzy również na lżejsze i elastyczne substraty, takie jak polityka lub blaszka metalu. ^[6] Warstwa molibdenu osadza się (powszechnie przez katodowy proszek), który służy jako tylny kontakt i odzwierciedla większość nieabsorbowanego światła w absorbator. Po złożeniu MO CIGS typu P CIGS rośnie za pomocą jednej z różnych ekskluzywnych metod. Cienki typ n. Wymacie jest zazwyczaj płyty CD (siarczk kadmu) osadzony przez łazienkę. Bufor jest pokryty cienką, wewnętrzną warstwą ZnO (tlenek cynku), która jest zwieńczona częściej z ZnO warstwy odurzonej z Al. Wewnętrzna warstwa ZnO jest korzystna dla wydajności komórki, zapobiegając kontaktowi między warstwą przewodową OF OF OF OF OF PREDTIRO ZnO odurzony AL i warstwa CIGS. ZnO domieszkowane z AL Serva jako przezroczysty tlenek przewodnika do zbierania i przesuwania elektronów z komórki, jednocześnie pochłaniając jak najmniej światło.

Materiały oparte na Cuina ₂ Które są interesujące dla zastosowań fotowoltaicznych, obejmują różne elementy grup I, III i VI w tabeli okresowej. Te półprzewodniki są szczególnie atrakcyjne do zastosowań w cienkiej warstwie ogniw słonecznych ze względu na ich duży współczynnik absorpcji optycznej oraz wszechstronnych właściwości optycznych i elektrycznych, które na początku można manipulować i drobno regulować w celu spełnienia określonej konieczności w danym urządzeniu. ^[7]

Wydajność konwersji [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

CIGS są stosowane głównie w komórkach fotowoltaicznych w postaci cienkiej folii polikrystalicznej. W grudniu 2005 r. Najlepsza uzyskana wydajność wyniosła 19,5%. ^[8] Zespół w krajowym laboratorium energii odnawialnej osiągnął nowy światowy rekord 19,9% ^[9] Zmiana powierzchni CIGS i uczynienie go podobnym do CIS. ^[8]

Wydajność te różnią się od wydajności konwersji modułów. Dwóch głównych producentów subtelnych filmowych CIGS osiągnęło nowe rekordy konwersji w modułach. Lo U.S. Krajowe laboratorium energii odnawialnej potwierdziło wydajność 13,8% dla jednego metra metra kwadratowego miasolé, podczas gdy Fraunhofer Ise powiedział, że spółka zależna komórek Q Solibro osiągnęła wydajność 13% w całkowitej powierzchni (i 14,2% w stale obszar otwierający) z niektórymi formami produkcyjnymi. ^[8]

Większe wydajność (około 30%) można uzyskać przy użyciu soczewek do skoncentrowania padającego światła. Zastosowanie gali zwiększa przedział przepustowości ( Gapa zespołu ) Optyczna warstwy CIGS w porównaniu z czystym cis, a zatem zwiększa napięcie otwartego obwodu. ^{[8] [dziesięć]} Z innego punktu widzenia galum może zastąpić Indio (w miarę możliwości) dzięki względnej liczebności galu.

Zeznanie [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

Filmy CIGS można wytwarzać różnymi metodami:

• Najczęstszym procesem opartym na próżni jest korektowanie lub współtwórstwo miedzi galu i czyste, a następnie rekultury powstałą folię z parą Seliniuro, aby utworzyć końcową strukturę CIGS. Alternatywą jest bezpośrednie współwypłań miedź, galu, czysty i selen na przegrzanym podłożu.
• Alternatywny proces nie oparty na odkurzaczy osadza nanocząstki materiałów prekursorowych na podłożu, a następnie zatapi się na miejscu . Galvanostegy to kolejna alternatywa o niskim poziomie, aby zastosować warstwę CIGS.

Z rekordową wydajnością CIGS nieco poniżej 20% przez kilka lat, ^[8] Nowe trendy wyszukiwania CIGS koncentrowały się na metodach niskiego poziomu odkładania jako alternatywy dla drogich procesów próżniowych. Te nowe badania szybko wzrosły, a wydajność 10–15% zostało uzyskanych przez wiele zespołów. ^[8]

CIGS i krzem [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

W przeciwieństwie do komórek krzemowych opartych na homogii, struktura komórek CIGS jest bardziej złożonym systemem heterogicznym. CIGS ogniwa słoneczne nie są tak wydajne jak krystaliczne silikonowe ogniwa słoneczne, dla których rekord wydajności wynosi 24,7%, ^[11] Oczekuje się jednak, że będą one znacznie tańsze dzięki znacznie niższym kosztom materiału i potencjalnie niższym kosztom produkcji. Będąc bezpośrednio zabronionym materiałem przepustowości, CIGS ma bardzo silne wchłanianie światła, tak bardzo, że tylko 1-2 mikrometry CIGS są wystarczające do wchłaniania większości światła słonecznego. W przypadku tej samej absorpcji wymagana jest znacznie większa krystaliczna grubość krzemu.

Aktywna warstwa (CIGS) może być osadzona w polikrystalicznym kształcie bezpośrednio na szklanych arkuszach pokrytych molibden lub na metalowych pasmach. Wykorzystuje to mniej energii niż uprawę dużych kryształów, co jest niezbędnym krokiem w produkcji krystalicznych czystych krzemowych komórek słonecznych. Ponadto, w przeciwieństwie do krystalicznego krzemu, te substraty mogą być elastyczne.

CIGS i inne cienkie wargi [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

CIGS należy do kategorii subtelnych filmów słonecznych (w języku angielskim cienkie warstwy ogniw słonecznych , TFSC). ^[dwunasty] Półprzewodniki stosowane jako warstwa absorbująca w fotowoltaiku z cienkimi warstwami wykazują bezpośrednio zabronione pasma, które pozwalają komórkom być cienkie niektóre mikromy; Dlatego stosuje się termin ogniwa słoneczne z cienkimi warstwami. Inne materiały w tej grupie TFSC obejmują CDTE i uwielbianie tego. ^[13] Ich zapisy są nieco niższe niż w przypadku CIGS dla komórek o wysokiej wydajności w skali laboratoryjnej. Wydajność 19,9% jest zdecydowanie najwyższa w porównaniu z twórczością osiągniętą przez inne technologie cienkiego filmu, takie jak Cadmio Tellurero (CDTE) lub amorficzny krzem (A-SI). ^[9] Jeśli chodzi o ogniwa słoneczne CIS i CIGS, rekordy świata dla całkowitej wydajności obszaru wynoszą odpowiednio 15,0% i 9,5%. ^[14] Kolejną zaletą CIGS w porównaniu z CDTE jest mniejsza ilość toksycznego materiału kadmowego obecnego w komórkach CIGS.

Struktura komórek fotowoltaicznych z cienkowarstwowymi papierkami [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

Podstawowa struktura warstwy słonecznej z cienką warstwą Cu (in, ga), jeśli ₂ Jest reprezentowany na obrazie z rysunku 2 po prawej stronie. Najczęstszym podłożem jest kalcyc sodu o grubości 1–3 mm. Jest to pokryte po jednej stronie Molybdenum (MO), która działa jak metalowy kontakt tylny. Heterogiunituto powstaje wśród CIGS i półprzewodników ZnO, oddzielone cienką warstwą CDS i warstwą wewnętrznej ZnO. CIGS jest półprzewodnikiem wynoszącym typ typu p dla defektów wewnętrznych, podczas gdy ZnO jest półprzewodnikiem n -typowym n -drrugu w znacznie większym stopniu poprzez włączenie aluminium (AL). Ten asymetryczny narkotyk oznacza, że ​​obszar ładunku przestrzenny rozciąga się znacznie więcej w CIGS niż w ZnO. Do tego są grubości warstw i zabronione pasma materiałów: szeroka warstwa CIGS służy jako absorbator o zabronionym pasmach między 1,02 eV (Cuinse ₂ ) E 1,65 eV (Cugase ₂ ). Absorpcja jest minimalizowana w górnych warstwach, zwana „oknem”, przez wybór większych zabronionych pasm: E _{G, Zno} = 3,2 eV i E E E _{G, CDS} = 2,4 eV. Zespół spożywczy ZnO działa również jako przedni kontakt w celu zbierania prądu. Urządzenia w skali laboratoryjnej, zazwyczaj duże 0,5 cm², są wyposażone w siatkę Ni/na skład z przodu, aby skontaktować się z ZnO. ^[15]

Produkcja modułów oznacza, że ​​warstwa osadzania jest wycinana w serii równoległych podłączonych pasków. Do formularza stosuje się dalsze przezroczyste pokrycie ochronne. Ta konstrukcja w kanapce jest następnie zapieczętowana w stosunku do wjazdu wilgotności. ^[16] Potrzebny jest pewien rodzaj fizycznego wsparcia, aby zapobiec złamaniu tej kruchej struktury. ^[15]

Ogólne właściwości o wysokiej wydajności CIGS Absorbers [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

Wszystkie absorbory ​​CIGS o wysokiej wydajności w ogniwach słonecznych mają kilka podobieństw niezależnie od zastosowanej techniki wzrostu. Przede wszystkim są to polikrystaliczna faza α, która ma strukturę kryształów piłkarskich pokazanych na rycinie 3. Druga właściwość jest ogólnym niedoborem Cu. ^[17] Niedobór Cu zwiększa stężenie (otwór) nosiciela większościowego poprzez zwiększenie liczby luk w Cu. Te luki działają jako elektrony. Ponadto, gdy filmy CIGS są bogate w (brak Cu) warstwa powierzchniowa filmu tworzy mieszankę z sortowanymi defektami ( Zamówiono związek wad , ODC) ze storiometrią (in, ga) ₃ Z ₅ . ODC jest typu N, tworząc homogii P-N w filmie do interfejsu między fazą α a ODC. Szybkość rekombinacji interfejsu CIGS/CDS zmniejszyła się przez obecność homogiiiunzio. Spadek rekombinacji interfejsu przypisywania się tworzeniu ODC jest wykazany przez eksperymenty, które wykazały, w jaki sposób rekombinacja w masie filmu jest głównym mechanizmem straty w zdefiniowanych filmach Cu, podczas gdy w filmach pełnych Cu Główną stratą jest cały interfejs CIGS/CDS. ^{[17] [18]}

Włączenie sodu (NA) jest również niezbędne do optymalnej wydajności. Uważa się, że idealne stężenie NA wynosi około 0,1%. Na jest powszechnie dostarczane przez szkło sodowe stosowane jako substrat, ale w procesach, które nie używają tego substratu, NA koniecznie należy dodać. Korzystne skutki AA obejmują wzrost przewodnictwa typu P, tkanie i średniej ziarniniometrii. Ponadto włączenie NA umożliwia utrzymanie wydajności w tym czasie szersze odchylenia stechiometyczne. ^[3] Symulacje przewidywały, że NA na stronie z IN tworzy niski poziom akceptorów i że NA służy do wyeliminowania wad Cu (darczyńców), ale przyczyny tych korzyści są nadal przedmiotem debaty. AA przypisuje się również katalizację absorpcji tlenu. Pasywny tlen luki SE, które działają jako rekompensatyczni dawcy i centra rekombinacji.

Leżeć cis (gotować ₂ ) Con cgs (Cugase ₂ ) Zwiększa zabroniony pasek. Aby dotrzeć do idealnego zabronionego pasma dla jednoczesnego ogniwa słonecznego, 1,5 eV, GA/(in+Ga) Rant wynoszący 0,7 byłby optymalny. Jednak powyżej ~ 0,3 wydajność urządzeń spada. Branża koncentruje się obecnie na stosunku GA/(IN+G) 0,3, co powoduje zabronione pasma między 1,1 a 1,2 eV. Postulowano, że zmniejszająca się wydajność jest wynikiem CG, która nie tworzy ODC, co jest niezbędne dla dobrego interfejsu z CDS. ^[17]

Urządzenia o najwyższej wydajności wykazują wysoki stopień tekstury lub preferencyjną orientację krystalograficzną. Do niedawna urządzenia o wydajności rekordowej wykazywały teksturę (112), ale obecnie powierzchowna orientacja (204) jest obserwowana w urządzeniach najlepszej jakości. ^[19] Preferowana jest gładka powierzchnia absorbująca, aby zmaksymalizować związek między oświetlonym obszarem a obszarem interfejsu. Obszar interfejsu wzrasta wraz z chropowatością, podczas gdy oświetlony obszar pozostaje stały, zmniejszając napięcie otwartego obwodu (v _ZMIANA ). Niektóre badania połączyły również wzrost gęstości wad do V _ZMIANA zmniejszyło się. Zasugerowano również, że rekombinacja w CIGS jest zdominowana przez procesy nieradyatywne. Teoretycznie rekombinacja może być kontrolowana przez inżynierię filmu, zamiast być nieodłącznym materiałem. ^[20]

Osadzanie prekursorów i późniejsza transformacja [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

Być może najczęstszą metodą stosowaną do tworzenia filmów CIGS do użytku komercyjnego jest odkładanie materiałów prekursorowych – zawsze w tym Cu, IN i GA, a czasem nawet jeśli – na podłożu i transformacji tych filmów w wysokich temperaturach w atmosferze odpowiedniej w atmosferze odpowiedniej . Poniższe sekcje przedstawiają różne techniki osadzania i transformacji prekursorów, w tym rozpylanie warstw metalowych w niskich temperaturach, drukowanie atramentów zawierających nanocząstki, elektrodę i technikę inspirowaną wiązaniem opłatek.

Ogólne obawy dotyczące wyboru [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

Podaż SE i środowisko selekcji jest niezwykle ważne w określeniu właściwości i jakości filmu wytwarzanego przez warstwy prekursorów. Gdy jeśli jest ono podane w fazie gazowej (na przykład h ₂ Jeśli lub jeśli elementarna) W wysokich temperaturach, jeśli zostanie on włączony do folii w celu wchłaniania i późniejszej dyfuzji. Podczas tego stadionu, zwanego społeczeństwem, odbywają się złożone interakcje w celu utworzenia piłki nożnej. Interakcje te obejmują tworzenie pośrednich lig Cu-in-in-GA, tworzenie pośrednich związków drewnianych metalowych seleniuri i separacja etapów różnych stechiometrycznych związków CIGS. Ze względu na różnorodność i złożoność zachodzących reakcji właściwości filmu CIGS są trudne do kontrolowania. ^[3]

Istnieją różnice między filmami utworzonymi przy użyciu różnych źródeł SE. Użyj h ₂ Jeśli wytwarza najszybsze włączenie IF do absorbatora; SE przy 50AT% (tj. Z odsetkiem atomowym 50%) można uzyskać w filmach CIGS w niskich temperaturach do 400 ° C. Dla porównania, elementarna, jeśli uzyska całkowite włączenie tylko z temperaturami reakcji 500 ° C i później. Poniżej 500 ° C folie utworzone przez Elemental Sea nie tylko brakowało, ale miały także wiele faz, w tym metalowe seleniuri i różne stopy. Użycie H. ₂ Jeśli zapewnia również najlepszą jednorodność kompozycji i największe ziarniniometrie. Jednak H. ₂ Jeśli jest bardzo toksyczny i jest klasyfikowany jako niebezpieczny dla środowiska.

Opryskiwanie metalowych warstw, a następnie selekcja [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

W tej metodzie tworzenia absorbów CIGS, metalowy film Cu, IN i GA jest katodowym opryskiwaniem lub rozpylenie do lub blisko temperatury pokojowej i reakcji w atmosferze o wysokiej temperaturze. Proces ten ma produktywność wyższą niż koevaporacja, a jednolitość składu można uzyskać łatwiejsze.

Spryskiwanie katodowe złożonej metalowej sklejki – na przykład struktura Cu/in/ga/cu/w GA. – wytwarza gładszą powierzchnię i lepszą krystaliczność w absorbator, podczas porównania z katodowym rozpylaniem prostego błędnego traktowania (Cu -Ga/in) lub tristrato (cu/in/ga). Atrybuty te dają w rezultacie z wyższą wydajnością, ale tworzenie wielowarstwowego jest bardziej skomplikowanym procesem osadzania i prawdopodobnie nie stosuje kosztu sprzętu uzupełniającego ani dalszej złożoności procesu. ^[17] Ponadto szybkości reakcji warstw Cu/Ga i Cu/In, jeśli są różne. Jeśli temperatura reakcji nie jest wystarczająco wysoka lub nie jest wystarczająco długa, CIS i CG są tworzone jako oddzielne fazy. Te same rozważania przedstawione w poprzedniej sekcji dotyczą włączenia IF.

Firmy, które obecnie korzystają z podobnych procesów, obejmują Showa Shell, Avancis (obecnie stowarzyszenie grupy Saint-Gobain ^[21] ), Miasolé, Honda Soltec i Energy Photovoltaics (EPV). ^[22] Shelda Shell rozpyla warstwę ligi CU-GA i warstwę IN, a następnie wybór z H. ₂ Jeśli i przez siarkę z H. ₂ S. Stopień siarkowania wydaje się przekazywać powierzchnię podobną do CDS w większości innych komórek. Dlatego zastosowana warstwa buforowa nie jest bez CD, co eliminuje obawy związane z toksycznością i wpływem na środowisko CD. Showa Shell zgłosiła maksymalny moduł wydajności wynoszący 13,6% ze średnią 11,3% dla 3600 cm². ^[6] Solar Shell wykorzystuje tę samą technikę, co Showa Shell, aby utworzyć absorbator; Używają jednak warstwy CDS złożonej przez odkładanie oparów chemicznych. Moduły sprzedawane przez Shell Solar mają specyfikację wydajności 9,4%.

Miasolé bardzo udało się zdobyć fundusze w zakresie kapitału ryzyka na swój proces i rozrosła się o stopnie. Jednak niewiele wiadomo na temat ich procesu natryskiwania katodowego/selekcji poza wydajność 9-10% przez nich zadeklarowanych dla modułów.

EPV wykorzystuje hybrydę między koevaporacją a opryskiwaniem katody, w której w i GA odparowały w swojej atmosferze. Następnie następuje opryskiwanie Cu i faza selekcji. Wreszcie, i GA są ponownie odparowane w obecności siebie. W oparciu o pomiary HAL, filmy te mają niskie stężenie nośników i wysoką mobilność w porównaniu z innymi urządzeniami. Pokazano również, że filmy EPV mają niskie stężenie wad.

Socjalizacja warstw prekursorów cząstek [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

W tej metodzie stosuje się nanocząstki tlenków metali i metali jako prekursory wzrostu CIGS. Te nanocząsteczki są na ogół zawieszone w roztworze opartym na wodzie, a następnie są stosowane na duże powierzchnie różnymi metodami, z których druk jest najczęstszy. Film jest następnie odwodniony, a jeśli prekursory są tlenkami metali, redukowane do atmosfery z ₂ /N ₂ . Po odwodnieniu pozostała porowata folia jest pozostawiona i wybierana w temperaturach większych niż 400 ° C. ^{[17] [20] [23]}

Nanosolar i międzynarodowa technologia słoneczna (ISET) próbują stopniowo zwiększać ten proces. ^[6] ISET używa cząstek tlenkowych, podczas gdy nanosolar jest wyjątkowo zarezerwowany na swoim atramentowi. Skład atramentu jest nieznany, ale jest w jakiś sposób ukryty, że nawet jeśli jest włączony do atramentu nanosolarnego. Zalety tego procesu obejmują jednolitość na dużych powierzchniach, sprzęt bez wakuum lub niski poziom oraz możliwość dostosowania do produkcji na elastycznych plastikowych rolkach lub metalowej blaszce (technika technika Roll-to-Roll ). W porównaniu z warstwami prekursorów metalowych laminari, wybór cząstek spiekania jest szybszy. Zwiększona szybkość jest konsekwencją obszaru o większej powierzchni związanej z porowatością. Zmniejszony wybór wysokiej temperatury zmniejsza budżet termiczny. Niestety, niedogodności porowatości jest tendencją do powierzchni bardziej pomarszczonych absorbów. Zastosowanie prekursorów cząstek umożliwia drukowanie na wielu różnych podłożach z wysokim wykorzystaniem materiałów, około 90% lub więcej. Wadą jest to, że istnieje niewiele badań i rozwoju w tej dziedzinie składania. W produkcji nanosolarnej drukowane bułki są krojone w komórkach i muszą być grupowane w klasach zgodnie z ich specyficznymi cechami i zintegrować w podobny sposób, jak dziś tworzone urządzenia SI. Grupa grupowania w klasach ( Binning ) różni się od monolitycznej integracji, z której korzysta wiele firm CIGS. Integracja jest znacznie bardziej dostosowana do produkcji online.

Nanosolar zgłosił wydajność komórek (nie modułów) wynoszącą 14%, jednak wynik ten nie został zweryfikowany przez testy krajowych laboratoriów, ani nie pozwalają na inspekcje na miejscu ich systemów weryfikacji tego i innych twierdzeń wydanych w przeszłości. W niezależnych testach ^[20] Absorber ISET miał drugą niższą wydajność na poziomie 8,6%. Jednak wszystkie moduły, które przekraczały iset, były koevaporatami, procesem, który ma wady produkcyjne i wyższe koszty. Mistrz ISET doznał więcej niż basu V _WSPÓŁ oraz niski współczynnik napełniania, wskazujący pomarszczoną powierzchnię i/lub dużą liczbę wad, które ułatwiają rekombinację. W odniesieniu do tych aspektów film miał rzadkie nieruchomości transportowe, w tym niską mobilność hali i krótkie życie jako przewoźnik.

Elektrodowane, a następnie selekcja [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

Prekursory można również osadzać za pomocą elektrodkładania. Istnieją dwie różne metodologie: osadzanie stratyfikowanych struktur elementarnych i jednoczesne odkładanie wszystkich elementów (w tym SE). Obie metody wymagają obróbki termicznej w samej atmosferze w celu tworzenia wysokiej jakości filmów dla urządzeń. Ponieważ elektrodkładanie wymaga elektrod przewodzących, arkusze metali są logicznym podłożem. Elektrody warstw elementarnych jest podobne do katodowego rozpylania warstw elementarnych. Obecnie żadna firma stopniowo zwiększa ten proces.

Jednoczesne osadzanie jest przeprowadzane przy użyciu elektrody roboczej (katoda), elektrody kontr -elektrody (anoda) i elektrody odniesienia, jak na rycinie 4. Podłoże folii metalowej jest używane jako elektroda robocza w procesach przemysłowych. Materiał obojętny jest używany do interpretacji licznika, a elektroda odniesienia jest używana do pomiaru i kontrolowania różnicy potencjału między anodą a katodą. Elektroda odniesienia pozwala na przeprowadzanie procesu potencjostatycznego, co oznacza, że ​​potencjał podłoża można kontrolować. ^[17]

Zaletą prądem poradnictwa wszystkich elementów jest trudnym problemem przetwarzania z różnych powodów. Po pierwsze, standardowe potencjały redukcji elementów nie są takie same, co powoduje preferencyjne osadzanie jednego elementu. Problem ten jest powszechnie łagodzony przez dodanie różnych kontaktów w roztworze dla każdego jonu, który ma zostać zdeponowany (Cu ²⁺ , Z ⁴⁺ , W ³⁺ E ga ³⁺ ), zmieniając w ten sposób potencjał redukcji jonu. Po drugie, system Cu-Se ma skomplikowane zachowanie, a skład filmu zależy od związku przepływu jonów ⁴⁺ /Z ²⁺ które mogą się różnić na powierzchni filmu. Z powodu tego zachowania warunki osadzania, w szczególności stężenia prekursorów i potencjał osadzania, muszą zostać zoptymalizowane. Jednak nawet przy optymalizacji odtwarzalność na dużych obszarach jest niska ze względu na zmiany składu i potencjalne spadki wzdłuż podłoża.

Powstałe filmy mają małe ziarna, są bogate w Cu i ogólnie zawierają fazy Cu _2-x Z _X wraz z zanieczyszczeniami rozwiązania. Udział jest wymagany do poprawy krystaliczności. Aby osiągnąć wydajność powyżej 7%, wymagana jest również korekta stechiometryczna. Korekta odbywa się poprzez fizyczne osadzanie pary ( Fizyczne osadzanie pary , PVD) w wysokiej temperaturze, co jednak nie jest praktyczne w przemyśle.

Po rozwiązaniu problemów optymalizacji, Solopower wytwarza obecnie komórki o wydajności konwersji> 13,7% zgodnie z NREL. Solopower próbuje obecnie stopniowo zwiększać proces, ale w tym zakresie opublikowano niewiele szczegółów. Firma polega na zaletach produkcji na rolkach ( Roll-to-Roll ) i na podłożach elastycznej folii metalowej.

Połączenie prekursorów za pomocą techniki inspirowanej połączeniem na waflu [[[ zmiana |. Modifica Wikitesto ]

W tym procesie dwa różne folie prekursorów są osadzane osobno na podłożu i superstrat. Filmy są wciśnięte i podgrzewane, aby uwolnić folię z supersrate, pozostawiając absorbera CIGS na podłożu. Ta technika umożliwia ponowne wykorzystanie superstrate (ryc. 5). Heliovant opatentował tę procedurę i nazwał go procesem FASST. Dlatego heliovant jest jedynym społeczeństwem, które obecnie stopniowo zwiększa stosowanie tej techniki. Zasadniczo prekursory mogą być zdeponowane w niskiej temperaturze przy użyciu technik osadzania niskiego poziomu, zmniejszając ostateczny koszt formy. Jednak pierwsze lub pierwsze dwa pokolenia produktu nadal będą stosować metody PVD w najwyższej temperaturze i nie osiągną pełnego potencjału w celu zmniejszenia kosztów. Wreszcie w tym procesie można zastosować elastyczne substraty.

Typowe cechy filmu nie są znane poza firmą, ponieważ laboratoria nie przeprowadziły żadnych badań niezależnie. Jednak Heliovolt stwierdził maksymalną wydajność komórek wynoszącą 12,2%.

Coevaporation lub Tailing jest techniką produkcyjną najbardziej rozpowszechnionych CIGS w laboratorium i ważną metodą w przemyśle. Proces koevaporacji depozytów Boeinga przytulony przez CIGS z kilkoma stechiometrią na podgrzewanym podłożu i pozwala im się mieszać. Krajowe laboratorium energii odnawialnej (NREL) opracowało kolejny proces, który implikuje trzy etapy osadzania i wyprodukował obecny więzień CIGS wydajność na poziomie 20,3%. Pierwszą fazą w metodzie NREL jest ogon w, GA i IF. Następnie następuje Cu i jeśli osadza się w wyższej temperaturze, aby uwzględnić dyfuzję i mieszanie pierwiastków. Na końcowym stadionie są ponownie zdeponowani w GA i czy wykonanie ogólnego składu pozbawionego Cu. ^[17]

Würth Solar produkuje Celle Cigs przy użyciu systemu koevaporacji w kolejce od 2005 r. Z wydajnością modułów od 11% do 12% osiągniętej do końca tego roku. Następnie otworzyli kolejną fabrykę produkcyjną i nadal poprawia wydajność i wydajność. Inne firmy, które żyją, zwiększając procesy koevaporacji, obejmują globalną słoneczną i wznoszącą się słoneczną. ^[22] Global Solar wykorzystuje również proces osadzania się w kolejce na trzech stadionach. We wszystkich fazach, jeśli jest dostarczany w nadmiarze w fazie pary. W i GA odparowali najpierw, a następnie Cu, a następnie z IN i GA, aby plastikowy opakowanie pozbawione Cu. Filmy te miały dość korzystne usługi w odniesieniu do nie tylko innych producentów, ale także z absorpatorami opracowanymi w Enrel i Institute for Energy Conversion (IEC). ^[20] Jednak całkowicie wyprodukowane moduły globalnych filmów Solar nie miały tak dobrych wyników. Właściwość, w której forma miała wyraźniej niższą wydajność, był bas v _ZMIANA , co jest charakterystyczne dla wysokiej gęstości wad i wysokich prędkości rekombinacji. W interesujący sposób globalna warstwa absorbatora słonecznego przekroczyła absorbator NREL jako życie przewoźników życia i mobilność Hall. Jednak ponieważ pełne komórki mistrza NREL miały lepszą wydajność. Jest to dowód rzadkiego interfejsu CIGS/CDS, prawdopodobnie z powodu braku powierzchownego ODC warstwy na globalnym filmie słonecznym.

Ponieważ większość badań nad CIGS w krajowych laboratoriach i uniwersytetach dotyczy koevaporacji, firmy wykorzystujące tę technikę uzyskują maksymalną przewagę ze strony społeczności naukowej. Mają jednak również do czynienia ze znaczącymi wadami, w tym problemami jednolitości na dużych powierzchniach i względnej trudności z uczynieniem elementów współistniejących w systemie linii. Kolejną wadą są wysokie temperatury wzrostu, które podnoszą budżet termiczny i koszty. Ponadto koevaporacja jest dotknięta niskim stosowaniem materiałów (osadzanie się na ścianach komory zamiast podłoża, szczególnie w przypadku selenu) i drogim sprzętem do próżni. ^{[6] [23]} Sposobem na zwiększenie użycia selenu jest zastosowanie procesu podziału selenu termicznego lub plazmowego, ^{[24] [25]} które można również połączyć ze źródłem wiązek jonowych dla układu jonowego. ^[26]

Odkładanie chemiczne pary ( Odkładanie pary chemicznej , CVD) został zaimplementowany na wiele sposobów do odkładania CIGS. Procesy obejmują organiczne CVD metali ciśnienia atmosferycznego ( Atmosfera ciśnieniowa metal organiczny CVD , AP-Mocvd), CVD wspomagane przez plazmę ( CVD wzmocnione plazmą , Pecvd), mOCVD o niskim ciśnieniu ( MOCVD o niskim ciśnieniu , LP-MOCVD) i MOCVD wspomagane przez aerozol ( Aerozol wspomagany MOCVD , AA-Mocvd). Obecne prace koncentrują się na próbie zmiany typowych prekursorów z podwójnym źródłem w prekursorach z jednym źródłem. ^[17] Wielokrotne prekursory źródłowe muszą być mieszane jednorodnie, a płynne prędkości prekursorów muszą być utrzymywane do odpowiedniej stechiometrii. Metody prekursorów pojedynczych źródeł nie cierpią z powodu tych niedogodności i powinny umożliwić lepszą kontrolę składu filmów w porównaniu z prekursorami do wielu źródeł.

CVD nie jest jeszcze używane przez żadną firmę do syntezy CIGS. Obecnie filmy wyprodukowane z CVD mają niską wydajność i bas V _ZMIANA , po części konsekwencja wysokiego stężenia wad. Ponadto powierzchnie filmów są na ogół nieco szorstkie, co służy dalszemu zmniejszeniu v _ZMIANA . Jednak obronę Cu uzyskano przy użyciu AA-MOCVD wraz z orientacją krystaliczną (112).

Jeśli jednak można poprawić jakość filmów wyprodukowanych przez CVD, każda firma, której korzystasz z tej techniki, mogłaby skorzystać z wiedzy uzyskanej w innych branżach, które korzystają z osadzania CVD na dużych powierzchniach, takich jak producenci pokrycia szkła. Temperatury osadzania CVD są niższe niż te stosowane w innych procesach, takich jak koevaporacja i wybór metalowych prekursorów. Dlatego CVD ma niższy bilans termiczny, zmniejszając koszty. Potencjalne problemy produkcyjne obejmują trudności związane z przekształceniem CVD na proces w kolejce, a także koszt zarządzania lotnymi prekursorami.

Niedawno wprowadzono nową technikę do odkładania się filmów CIS zwanych osadzaniem się przez elektrorozpylanie ( Odkładanie elektrorozpylania ). Ta technika obejmuje natryskiwanie wspomagane przez pole elektryczne atramentu zawierające nanocząstki CIS bezpośrednio na podłożu, a następnie spiekaniu w obojętnym środowisku. ^[27] Główną zaletą tej techniki jest to, że proces odbywa się w warunkach środowiskowych i możliwe jest połączenie tego procesu z systemem ciągłego lub masowego, takiego jak mechanizm produkcyjny na rolkach ( Roll-to-Roll ). ^[28]

Pomimo tego, że CIGS jest przewagą nad CDTE, który negatywnie cierpi na problemy zarówno z użyciem kadmu heavy metalowego, jak i dostępności rzadkiego Terra Tellurero, rozwój CIGS pozostaje za CDTE. W laboratorium osiągnięto wydajność 18,7% na elastycznej połowie z komórkami CIGS, ^[29] Chociaż okaże się, jak dobrze można osiągnąć wartości produkcji masy za pomocą dowolnej komórki CIGS. W Berlinie w Niemczech komercyjna produkcja elastycznych komórek CIGS rozpoczęła się po początkowych działkach, na systemie o mocy 35 MW. ^[30]