作者: 赵静，王智平，王克振，冯晶晖

　　CIGS薄膜太阳能电池的典型结构为Al/MgF2/ZnO/CdS/CIGS/Mo/衬底，并以衬底为支撑。该电池成本低，性能稳定、抗辐射能力强、光电转换效率高、光谱响应范围宽、弱光性好，有可能成为未来光伏电池的主流产品之一。不加缓冲层CdS，其转换效率只有7％。如果在ZnO和CIGS之间加上缓冲层CdS，则太阳能电池的转换效率达到11％至13％，缓冲层改善了CIGS太阳能电池的性能。由于缓冲层中含有有毒元素Cd，限制了薄膜太阳能电池的大规模使用；同时其制备工艺通常采用化学水浴法，但制备电池器件需要进出真空室，不利于一次成型，限制了电池的大规模生产。正是由于缓冲层对CIGS薄膜太阳能电池有着重要影响，使得很多学者对它做了深入的研究。

　　缓冲层的形成及发展

　　1974年Bell实验室的Wagner等人采用提拉法制备出了第一块CIS太阳能电池。到了1975年，经过结构改进，电池的光电转换效率为12．5％，这是CIGS太阳能电池的雏形。1982年Boeing公司采用ZnxCd1－xS代替CdS，电池效率为10％。直到1985年，R．R．Potter等人才研究出了目前这种CIS电池的基本结构，即其中铜铟硒（CIS）为吸收层，CdS为缓冲层，ZnO为窗口层，这种结构改善了电池的短波响应。薛玉明等人]建立异质结模型，得出了形成异质结前后的能带图。蒋方丹等对CdS做为缓冲层的作用和弊端做了分析。认为CdS是非常适合作为CIGS薄膜太阳能电池缓冲层材料，但由于Cd有毒、能隙偏窄、制备工艺不匹配等因素的制约，限制了电池的大规模应用。因此，目前对缓冲层的研究主要集中在薄膜的制备工艺和无镉缓冲层材料方面。

　  CdS缓冲层及其制备方法

　　化学水浴法（CBD）

　　化学水浴法是在溶液中利用化学反应在衬底上沉积薄膜的一种技术。因为它成本低、工艺简单、成膜质量好、反应参数易于控制等优点，因此人们从成膜机理到浓度、温度等参数优化上都做了大量的研究。

　　1 成膜机理的研究

　　周向东等人对成膜机理做了深入的研究，提出CdS薄膜的成核机理是Cd（NH3）42＋先附着在衬底表面形成晶核，然后Cd（NH3）42＋和S2－同晶核作用长大成膜，此时Cd（NH3）42＋在热驱动下变得不稳定，放出氨气，同时Cd2＋同S2－相互作用形成CdS。

　　2 浓度对CdS薄膜质量影响的研究

　　南开大学的孙云、敖建平等人研究了醋酸氨、硫脲的浓度对CdS薄膜晶相、S/Cd原子比、沉积速率的影响。研究表明，增加醋酸氨的浓度有利于立方相的生成，以立方相CdS制备的电池最佳效率可达到12.17％；沉积速率和S/Cd原子比随着醋酸氨、硫脲浓度的增大而增大。李华维等人研究了Cd2＋浓度对薄膜晶相的影响，发现随着Cd2＋浓度（0.002～0．008mol·L－1）增加，沉积速率加快，薄膜晶相由六方相向立方相转变。可见关于对各溶质的不同浓度对CdS薄膜的晶相、沉积速率、S/Cd原子比和形貌的影响都做了研究。

　　3 PH值对CdS薄膜质量影响的研究

　　崔岩等人通过加氨水调节溶液的PH值在8.43～10.09间变化，研究了薄膜的表面形貌、晶体结构、能隙等特征。结果表明，薄膜全为立方晶型，随着pH值的降低，晶粒尺寸逐渐变大，颗粒尺寸逐渐变小，晶粒倾向于沿着立方（111）面择优生长，能隙增大。敖建平等人指出随着氨水浓度的增加，溶液的pH值增大，薄膜表面的粗糙度增大，S/Cd原子比增加，立方晶的比例逐渐增加，六方晶的比例减少。可见pH值对薄膜的晶相、晶粒尺寸、颗粒尺寸都有影响。