Thin Film PV Technologies CIGS PV Technology Week 5.3 - PowerPoint PPT Presentation

Thin ¡Film ¡PV ¡Technologies ¡ CIGS ¡PV ¡Technology ¡ Week ¡5.3 ¡ Arno ¡Smets ¡

CIGS ¡ NiA1 MgF 2 TCO ¡ (ZnO:Al) ¡ TCO ¡ (intrinsic ZnO) CdS (n-type) CuInSe 2 (p-type) Mo Glass

CIGS ¡ IV-­‑semiconductors: ¡ ¡ III-­‑V ¡semiconductors: ¡ ¡ II-­‑VI ¡semiconductors ¡ ¡ VlllA ¡ 2 ¡ He ¡ lllVA ¡ lVA ¡ VA ¡ VlA ¡ VllA ¡ 4.003 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ B ¡ C ¡ N ¡ O ¡ F ¡ Ne ¡ 10.811 ¡ 12.011 ¡ 14.007 ¡ 15.999 ¡ 18.998 ¡ 20.183 ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ 16 ¡ 17 ¡ 18 ¡ Al ¡ Si ¡ P ¡ S ¡ Cl ¡ Ar ¡ lB ¡ llB ¡ 26.982 ¡ 28.086 ¡ 30.974 ¡ 32.064 ¡ 35.453 ¡ 39.948 ¡ 29 ¡ 30 ¡ 31 ¡ 32 ¡ 33 ¡ 34 ¡ 35 ¡ 36 ¡ Cu ¡ Zn ¡ Ga ¡ Ge ¡ As ¡ Se ¡ Br ¡ Kr ¡ 63.54 ¡ 65.37 ¡ 69.72 ¡ 72.59 ¡ 74.922 ¡ 78.96 ¡ 79.909 ¡ 83.80 ¡ 47 ¡ 48 ¡ 49 ¡ 50 ¡ 51 ¡ 52 ¡ 53 ¡ 34 ¡ Ag ¡ Cd ¡ In ¡ Sn ¡ Sb ¡ Te ¡ I ¡ Xe ¡ 107.870 ¡ 112.40 ¡ 114 ¡82 ¡ 118 ¡69 ¡ 121.75 ¡ 127 ¡60 ¡ 126 ¡904 ¡ 131 ¡30 ¡ 97 ¡ 80 ¡ 81 ¡ 82 ¡ 83 ¡ 84 ¡ 85 ¡ 86 ¡ Au ¡ Hg ¡ Tl ¡ Pb ¡ Bi ¡ Po ¡ At ¡ Rn ¡ 196.967 ¡ 200.59 ¡ 204.37 ¡ 207.19 ¡ 208.980 ¡ (210) ¡ (210) ¡ (222) ¡

CIGS ¡ IV-­‑semiconductors: ¡ ¡ III-­‑V ¡semiconductors: ¡ ¡ II-­‑VI ¡semiconductors ¡ ¡ VlllA ¡ 2 ¡ He ¡ lllVA ¡ lVA ¡ VA ¡ VlA ¡ VllA ¡ CuInSe 2 ¡E gap ¡= ¡1.0 ¡eV ¡ 4.003 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ ¡ B ¡ C ¡ N ¡ O ¡ F ¡ Ne ¡ 10.811 ¡ 12.011 ¡ 14.007 ¡ 15.999 ¡ 18.998 ¡ 20.183 ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ 16 ¡ 17 ¡ 18 ¡ Al ¡ Si ¡ P ¡ S ¡ Cl ¡ Ar ¡ lB ¡ llB ¡ 26.982 ¡ 28.086 ¡ 30.974 ¡ 32.064 ¡ 35.453 ¡ 39.948 ¡ 29 ¡ 30 ¡ 31 ¡ 32 ¡ 33 ¡ 34 ¡ 35 ¡ 36 ¡ Cu ¡ Zn ¡ Ga ¡ Ge ¡ As ¡ Se ¡ Br ¡ Kr ¡ 63.54 ¡ 65.37 ¡ 69.72 ¡ 72.59 ¡ 74.922 ¡ 78.96 ¡ 79.909 ¡ 83.80 ¡ 47 ¡ 48 ¡ 49 ¡ 50 ¡ 51 ¡ 52 ¡ 53 ¡ 34 ¡ Ag ¡ Cd ¡ In ¡ Sn ¡ Sb ¡ Te ¡ I ¡ Xe ¡ 107.870 ¡ 112.40 ¡ 114 ¡82 ¡ 118 ¡69 ¡ 121.75 ¡ 127 ¡60 ¡ 126 ¡904 ¡ 131 ¡30 ¡ 97 ¡ 80 ¡ 81 ¡ 82 ¡ 83 ¡ 84 ¡ 85 ¡ 86 ¡ Au ¡ Hg ¡ Tl ¡ Pb ¡ Bi ¡ Po ¡ At ¡ Rn ¡ 196.967 ¡ 200.59 ¡ 204.37 ¡ 207.19 ¡ 208.980 ¡ (210) ¡ (210) ¡ (222) ¡

CIGS ¡ IV-­‑semiconductors: ¡ ¡ III-­‑V ¡semiconductors: ¡ ¡ II-­‑VI ¡semiconductors ¡ ¡ VlllA ¡ 2 ¡ He ¡ lllVA ¡ lVA ¡ VA ¡ VlA ¡ VllA ¡ CuInSe 2 ¡E gap ¡= ¡1.0 ¡eV ¡ 4.003 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ CuInS 2 ¡ ¡ ¡ ¡E gap ¡= ¡1.5 ¡eV ¡ B ¡ C ¡ N ¡ O ¡ F ¡ Ne ¡ 10.811 ¡ 12.011 ¡ 14.007 ¡ 15.999 ¡ 18.998 ¡ 20.183 ¡ ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ 16 ¡ 17 ¡ 18 ¡ Al ¡ Si ¡ P ¡ S ¡ Cl ¡ Ar ¡ lB ¡ llB ¡ 26.982 ¡ 28.086 ¡ 30.974 ¡ 32.064 ¡ 35.453 ¡ 39.948 ¡ 29 ¡ 30 ¡ 31 ¡ 32 ¡ 33 ¡ 34 ¡ 35 ¡ 36 ¡ Cu ¡ Zn ¡ Ga ¡ Ge ¡ As ¡ Se ¡ Br ¡ Kr ¡ 63.54 ¡ 65.37 ¡ 69.72 ¡ 72.59 ¡ 74.922 ¡ 78.96 ¡ 79.909 ¡ 83.80 ¡ 47 ¡ 48 ¡ 49 ¡ 50 ¡ 51 ¡ 52 ¡ 53 ¡ 34 ¡ Ag ¡ Cd ¡ In ¡ Sn ¡ Sb ¡ Te ¡ I ¡ Xe ¡ 107.870 ¡ 112.40 ¡ 114 ¡82 ¡ 118 ¡69 ¡ 121.75 ¡ 127 ¡60 ¡ 126 ¡904 ¡ 131 ¡30 ¡ 97 ¡ 80 ¡ 81 ¡ 82 ¡ 83 ¡ 84 ¡ 85 ¡ 86 ¡ Au ¡ Hg ¡ Tl ¡ Pb ¡ Bi ¡ Po ¡ At ¡ Rn ¡ 196.967 ¡ 200.59 ¡ 204.37 ¡ 207.19 ¡ 208.980 ¡ (210) ¡ (210) ¡ (222) ¡

CIGS ¡ IV-­‑semiconductors: ¡ ¡ III-­‑V ¡semiconductors: ¡ ¡ II-­‑VI ¡semiconductors ¡ ¡ VlllA ¡ 2 ¡ He ¡ lllVA ¡ lVA ¡ VA ¡ VlA ¡ VllA ¡ CuInSe 2 ¡E gap ¡= ¡1.0 ¡eV ¡ 4.003 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ CuInS 2 ¡ ¡ ¡ ¡E gap ¡= ¡1.5 ¡eV ¡ B ¡ C ¡ N ¡ O ¡ F ¡ Ne ¡ 10.811 ¡ 12.011 ¡ 14.007 ¡ 15.999 ¡ 18.998 ¡ 20.183 ¡ CuGaSe 2 ¡ E gap ¡= ¡1.7 ¡eV ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ 16 ¡ 17 ¡ 18 ¡ Al ¡ Si ¡ P ¡ S ¡ Cl ¡ Ar ¡ lB ¡ llB ¡ ¡ 26.982 ¡ 28.086 ¡ 30.974 ¡ 32.064 ¡ 35.453 ¡ 39.948 ¡ 29 ¡ 30 ¡ 31 ¡ 32 ¡ 33 ¡ 34 ¡ 35 ¡ 36 ¡ Cu ¡ Zn ¡ Ga ¡ Ge ¡ As ¡ Se ¡ Br ¡ Kr ¡ 63.54 ¡ 65.37 ¡ 69.72 ¡ 72.59 ¡ 74.922 ¡ 78.96 ¡ 79.909 ¡ 83.80 ¡ 47 ¡ 48 ¡ 49 ¡ 50 ¡ 51 ¡ 52 ¡ 53 ¡ 34 ¡ Ag ¡ Cd ¡ In ¡ Sn ¡ Sb ¡ Te ¡ I ¡ Xe ¡ 107.870 ¡ 112.40 ¡ 114 ¡82 ¡ 118 ¡69 ¡ 121.75 ¡ 127 ¡60 ¡ 126 ¡904 ¡ 131 ¡30 ¡ 97 ¡ 80 ¡ 81 ¡ 82 ¡ 83 ¡ 84 ¡ 85 ¡ 86 ¡ Au ¡ Hg ¡ Tl ¡ Pb ¡ Bi ¡ Po ¡ At ¡ Rn ¡ 196.967 ¡ 200.59 ¡ 204.37 ¡ 207.19 ¡ 208.980 ¡ (210) ¡ (210) ¡ (222) ¡

CIGS ¡ Chen ¡and ¡Gong, ¡PRB ¡ 75 , ¡205209 ¡(2007) ¡

CIGS ¡ CIS: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡CuInSe 2 ¡E gap ¡= ¡1.0 ¡eV ¡ ¡ Chen ¡and ¡Gong, ¡PRB ¡ 75 , ¡205209 ¡(2007) ¡

CIGS ¡ CIS: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡CuInSe 2 ¡E gap ¡= ¡1.0 ¡eV ¡ ¡ CuIn x Ga 1-­‑x Se 2 ¡ ¡ ¡ ¡E gap ¡= ¡1.5 ¡eV ¡ ¡ ¡ ¡ Chen ¡and ¡Gong, ¡PRB ¡ 75 , ¡205209 ¡(2007) ¡

CIGS ¡ CIS: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡CuInSe 2 ¡E gap ¡= ¡1.0 ¡eV ¡ ¡ CuIn x Ga 1-­‑x Se 2 ¡ ¡ ¡ ¡E gap ¡= ¡1.5 ¡eV ¡ ¡ ¡x=0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡CuGaSe 2 ¡ E gap ¡= ¡1.7 ¡eV ¡ ¡ ¡ Chen ¡and ¡Gong, ¡PRB ¡ 75 , ¡205209 ¡(2007) ¡

CIGS ¡ CIS: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡CuInSe 2 ¡E gap ¡= ¡1.0 ¡eV ¡ ¡ CuIn x Ga 1-­‑x Se 2 ¡ ¡ ¡ ¡E gap ¡= ¡1.5 ¡eV ¡ ¡ ¡x=0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡CuGaSe 2 ¡ E gap ¡= ¡1.7 ¡eV ¡ ¡ x=1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡CuInSe 2 ¡ E gap ¡= ¡1.0 ¡eV ¡ ¡ Chen ¡and ¡Gong, ¡PRB ¡ 75 , ¡205209 ¡(2007) ¡

CIGS ¡ P-­‑type ¡ ¡ Cu ¡deficiencies ¡ ¡ Chen ¡and ¡Gong, ¡PRB ¡ 75 , ¡205209 ¡(2007) ¡

CIGS ¡solar ¡cell ¡ Glass ¡

CIGS ¡solar ¡cell ¡ Mo ¡ Glass ¡

CIGS ¡solar ¡cell ¡ P-­‑type ¡CIGS ¡ Mo ¡ Glass ¡

CIGS ¡solar ¡cell ¡ CdS ¡Buffer ¡ P-­‑type ¡CIGS ¡ Mo ¡ Glass ¡

CIGS ¡solar ¡cell ¡ i-­‑ZnO ¡ CdS ¡Buffer ¡ P-­‑type ¡CIGS ¡ Mo ¡ Glass ¡

CIGS ¡solar ¡cell ¡ Al-­‑ZnO ¡ i-­‑ZnO ¡ CdS ¡Buffer ¡ P-­‑type ¡CIGS ¡ Mo ¡ Glass ¡

CI(G)S ¡solar ¡cell ¡band ¡diagram ¡ CdS ¡ CIGS ¡ n-ZnO CIGS i-ZnO CdS E c ZnO ¡ 1.1 eV E F E v 2.5 eV 3.3 eV

CIGS ¡solar ¡cell ¡ Al-­‑ZnO ¡ i-­‑ZnO ¡ CdS ¡Buffer ¡ n-­‑type ¡CIGS ¡ P-­‑type ¡CIGS ¡ Cu(InGa) 3 Se 5 ¡ Mo ¡ Glass ¡

Role ¡Sodium ¡in ¡CIGS ¡solar ¡cells ¡ Al-­‑ZnO ¡ i-­‑ZnO ¡ CdS ¡Buffer ¡ P-­‑type ¡CIGS ¡ Mo ¡ Glass ¡

SpuCering ¡deposiDon ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Co-­‑evaporaDon ¡ substrate material vapour electron beam target material to vacuum pump

Processing ¡CIGS ¡solar ¡cells ¡ Mo Cu,Ga,In,Se CdS ZnO 1

Processing ¡CIGS ¡solar ¡cells ¡ Mo Cu,Ga,In,Se CdS ZnO 1 2

Processing ¡CIGS ¡solar ¡cells ¡ Mo Cu,Ga,In,Se CdS ZnO 1 2 3

Labscale ¡CIGS ¡solar ¡cells ¡ Glass ¡ NREL: ¡ Eff ¡= ¡19.9 ¡% ¡ Voc ¡~ ¡700 ¡mV ¡ J sc ¡~ ¡35-­‑36 ¡mAcm -­‑2 ¡ FF ¡= ¡81 ¡% ¡ ¡ ¡ ¡

Labscale ¡CIGS ¡solar ¡cells ¡ Glass ¡ NREL: ¡ Eff ¡= ¡19.9 ¡% ¡ Voc ¡~ ¡700 ¡mV ¡ J sc ¡~ ¡35-­‑36 ¡mAcm -­‑2 ¡ FF ¡= ¡81 ¡% ¡ ¡ Flexible ¡ ¡ ¡SFL-­‑MS: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Eff: ¡20.4 ¡% ¡ ¡ ¡

Mo back contact glass substrate

Mo back contact glass substrate CdS buffer layer CI(G)S absorber Mo back contact glass substrate