CIGS太阳电池的电学特性分析与优化

测量CIGS太阳电池光照曲线，很容易得出短路电流密度、开路电压、填充因子和光电转换效率四大输出参数。

1.弱光特性

举例：室外辐照度在100mW／cm²时，在标准测试条件下，光电转换效率为14％～15％；辐照度为5mW／cm²时，光电转换效率为10％；辐照度为0.1mW／cm²时，光电转换效率为3％。一些研究表明，要提高在低辐照度时的光电转换效率，必须有更大的并联电阻，才会有比较好的电池性能，如铜质量分数为18％（贫铜）的CIGS太阳电池，在辐照度为0.1mW／cm²时，并联电阻高达142kΩ·cm²，光电转换效率达6％。低含铜量、低辐照度时有较大的并联电阻，此时铜的含量偏离了化学计量比，对此CIGS太阳电池是宽容的。

2.温度特性

CIGS太阳电池的短路电流不随温度变化，开路电压、填充因子、光电转换效率随温度升高而下降。温度的变化影响载流子浓度、迁移率的变化，从而影响各层半导体材料的电阻率、禁带宽度；温度的变化使CIGS太阳电池各个界面缺陷态呈现不同的激发态，从而影响器件的性能。210K以上时，温度下降串联电阻上升，填充因子、光电转换效率增加；210～100K时，填充因子、光电转换效率随温度下降而下降。

3.抗辐照能力(www.xing528.com)

CIGS太阳电池对高能电子、高能质子的耐受能力，要好于其他地面应用电池，与专门的空间外延InP太阳电池相当，因此CIGS太阳电池被认为具有非常好的抗高能电子、高能质子辐照的能力。但是，上述情况是指一定条件下的，即在电子能量为1MeV时的电子辐照。粒子流密度小于10¹⁶cm^－2时，电池参数无任何衰退；粒子流密度在10¹⁷ cm^－2时，电池效率衰减10％；粒子流密度在10¹⁸cm^－2时，电池效率衰减21％。这个粒子流密度比硅和砷化镓电池达到同样衰减时的粒子流大一个数量级。

质子流密度对CIGS太阳电池影响较大，在相对较低的质子能量和粒子密度辐照下，如质子流密度为10¹⁴cm^－2时，电池效率下降得较多。

CIGS太阳电池的辐照损伤的恢复，和其他电池一样，可以用真空退火的方法得到部分恢复。例如3MeV的电子辐照，温度每隔20K停留100s，在稍高于室温下退火，短路电流开始恢复，到360K时基本能恢复到辐照前的值；开路电压在360K时开始恢复，到440K时恢复到最高值600mV，与初始值650mV相比，尚有50mV未能恢复。

4.稳定性

太阳电池性能的衰退是以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。有几家研究单位对CIGS太阳电池进行几年户外测试，CIGS组件的效率没有发现任何衰减，说明CIGS太阳电池的性能相当稳定。