綜述了國內外銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池的研究現狀；概述了CIGS薄膜太陽電池的典型結構及其吸收層的材料特性；重點介紹了CIGS薄膜吸收層的制備方法，如多元共蒸發法、預置層后硒化法、單靶磁控濺射法、離子束濺射法和電沉積法；z*后探討了CIGS薄膜太陽電池存在的問題及今后研究方向。
　　
　　隨著能源危機及傳統能源對環境污染的日趨嚴重，開發可再生清潔能源成為世界各國謀求可持續發展的重要戰略問題之一。其中太陽能是取之不盡的理想清潔能源。而光伏發電就是利用太陽能的重要手段之一。近年來，光伏行業的發展趨勢是薄膜太陽能電池，因為它節省材料、運輸成本低、效率高且生產速率高等優勢。其中，銅銦硒(CIS)/銅銦鎵硒(CIGS)為吸收層的薄膜太陽電池有望成為新一代太陽電池的主流產品之一，而CIGS是在CIS的基礎上發展起來相同體系的太陽能電池，通過適量的Ga取代In，成為CuIn1-xGaxSe2多晶固溶體，其禁帶寬度可以通過改變In和Ga的比例來調整，所以對CIS薄膜太陽電池的研究重點就轉向了CIGS薄膜太陽電池。
　　
　　1、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池國內外現狀
　　
　　1974年，美國Bell實驗室的Wagner等s*先研制出轉換效率5%的CIS太陽電池，1975年效率達到12%。1982年，波音公司制備CIS薄膜太陽能電池，其轉換效率超過10%。1988年，ARCO公司通過H2Se硒化濺射的Cu、In預置層薄膜制備的CIS電池轉化效率達到14.1%。1993，Tarrent等在CuInSe2摻入Ga、S，制備的Cu(In，Ga)(Se，S)2電池效率達15.1%。1994年，美國可再生能源國家實驗室(NREL)利用/三步共蒸發工藝0，制備的CIGS薄膜電池的轉換效率達15.9%，2005年提升至19.6%，2008年到19.9%。2010年4月，德國太陽能和氫能研究中心(ZSW)的研究人員宣布其研制的CIGS太陽能電池轉換率達到2011%，8月刷新為20.3%，2012年，瑞士EMPA研發CIGS光伏電池轉換效率達20.4%，再次刷新了記錄，預示著CIGS巨大的開發應用價值。
　　
　　與國際上研究開發的力度和規模相比較，國內對CIGS薄膜太陽能電池的研究相對落后，但近年來，一些企業和研究機構對CIGS太陽能電池的熱情很高，相關資金投入也很大，并且取得了一定的成果。中國在/8630計劃中完成了相應的中試線開發，南開大學、浙江大學、清華大學共同承擔了/銅銦硒太陽能薄膜電池試驗平臺與中試線0項目，成功研究出/對向孿生磁控濺射靶0和關鍵沉積技術；裝備了世界z*先進的測試儀器，建立了測試平臺；以新型高效CIGS結構代替了早期的CIS電池結構；并且作了CIS太陽能電池相關材料的研究。項目研制出了轉換效率為13%的電池，柔性不銹鋼襯底上的轉換效率也超過9%。2011年6月初，中國科學院深圳先進技術研究院與香港中文大學合作，采用共蒸發法成功研發出的CIGS薄膜太陽能電池光電轉換效率達17%，是目前國內報道的CIGS太陽電池的z*高轉換率。
　　
　　2、CIGS薄膜太陽電池的結構與特點
　　
　　太陽電池的工作原理是光生伏特效應：光照下，pn結處的內建電場使產生的非平衡載流子向空間電荷區兩端漂移，產生光生電勢，與外路連接便產生電流。CLGS薄膜太陽電池是典型的多層膜結構：襯底/Mo/CIGS/CdS/-iZnO/ZnO：Al/MgF2/N-iAl，如下圖1所示。
　　 　　
　　CIGS薄膜太陽電池具有以下特點：¹CIGS是一種直接帶隙材料，可見光的吸收系數達105cm-1數量級；º通過調節Ga含量使CIGS禁帶寬度在1.04~1.67eV之間變化；»轉換效率高，目前小面積的CIGS薄膜太陽電池的轉換效率已經達到20.3%；¼抗輻射能力強。½電池穩定性好，不會產生光致衰變現象即沒有S-W效應；¾弱光特性好；¿技術成熟后，制備成本和能量償還時間低于單晶Si電池。
　　
　　5、CIGS太陽電池存在的問題及今后發展方向
　　
　　CIS薄膜太陽池自20世紀70年代誕生以來，特別是90年代Ga的摻雜，得到了迅速的發展，并逐漸產業化，但是還存在著各種問題。
　　
　　(1)CIGS薄膜電池效率的提高
　　
　　2010年德國的氫能和可再生能源研究中心(ZSW)刷新了NREL的世界紀錄，在制備面積為015cm2的CIGS薄膜電池轉換效率達到20.3%。與NREL的19.9%相比，開路電壓提高26mV，填充因子降低了3.7%，這表明未來CIGS電池效率還存在提高的空間。因此人們越來越重視CIGS薄膜吸收層的多相性、亞穩態和摻雜機制的研究，深入研究和理解CIGS薄膜中的各類缺陷對材料導電性和復合機制的影響，CIGS薄膜太陽電池的轉換效率將不斷提高。
　　
　　(2)柔性襯底材料的選擇
　　
　　柔性襯底的CIGS薄膜太陽電池的突出特點是質量比功率高。瑞士EMPA制備的PI襯底CIGS電池效率達18.7%，而以金屬箔片為襯底的電池效率超過了17%。種種現象表明柔性襯底是未來發展CIGS薄膜太陽電池的s*選襯底。但是由于CIGS生產過程需要高溫，所以對柔性襯底材料的選擇也是比較苛刻的。柔性襯底材料需要能耐高溫且穩定，同時襯底與CIGS吸收層的熱膨脹系數相差要小，化學穩定性較高。所以目前的柔性襯底材料主要有金屬箔和有機聚合物兩類襯底。相信隨著科學的進步，新材料將會不斷推出，更加優秀且符合要求的材料代替原來的襯底材料。
　　
　　(3)大面積CIGS組件
　　
　　大面積生產CIGS薄膜太陽電池面臨著各種問題：共蒸發法雖然在小面積制備上能制備出高效率的CIGS薄膜太陽電池，但是大面積卻不行，金屬預置層后硒化法雖然是大面積生產的s*選，但是轉換效率卻沒有共蒸發法高。雖然CIGS在實驗室的研究中轉換效率已經超過了20%，但是大面積生產的轉換效率卻不盡人意，組件z*高效率17.4%，比小面積低2.9個百分點。未來大面積CIGS薄膜電池組件的轉換效率仍然有很大的上升空間，產業化的生產目標仍然是簡化工藝流程、提高電池的效率和良率，達到進一步擴大產能、降低成本的目的。
　　
　　(4)CIGS中In、Ga、Se等稀有元素的代替
　　
　　CIGS薄膜是由四種元素組成)))Cu、In、Ga、Se，其中的In、Ga、Se都是稀有元素，價格比較昂貴，這與產業化的低成本相對，所以必須尋找其他的富有且廉價的原材料代替稀有元素。目前國內外的很多學者已經意識到并付之行動。LouisGrenet等已用Zn和Sn取代In和Ga，S取代部分Se，制備出的Cu2ZnSn(S1-xSex)4效率達6%。D.AaronR.Barkhouse等制備出Cu2ZnSn(S1-xSex)4效率達1011%。因此未來的發展趨勢是采用大量并廉價的原材料來制備薄膜太陽電池。
　　
　　(5)CIGS薄膜太陽電池的無鎘緩沖層
　　
　　目前高效率CIGS薄膜太陽電池的緩沖層是使用CdS，CdS能與CIGS薄膜產生很好的p-n異質結，但是CdS的生產過程中產生的Cd離子是有毒的，對環境不友好，從可持續發展方面考慮也是不合適的；因此要大力開發無鎘緩沖層。經過多年的努力，各國已經相繼研究出各種各樣的緩沖層代替材料以及相關的制備方法，主要的替代緩沖層材料有In2S3，ZnS，Zn1-xMgxO，ZnSe，ZnO，In(OH)3，In2Se3，InZnSex，SnO2，SnS2等，其中采用In2S3，ZnS，Zn1-xMgxO為緩沖層制備的CIGS電池已經取得了較高的效率。目前，以ALD--In2S3作為緩沖層CIGS薄膜太陽電池組件取得的z*高效率是16.4%，以CBD-ZnS為緩沖層的CIGS薄膜太陽電池的轉換效率達到18.6%(有效面積小于1cm2)，以ALD-Zn1-xMgxO作為緩沖層含有減反膜的薄膜太陽電池獲得的z*高效率是18.1%。
　　
　　6、展望
　　
　　CIGS薄膜太陽電池經過了20多年的發展，取得了相當輝煌的成就：小面積的轉換效率已經超過20%，大面積組件的轉換效率也超過了15%，并已經開始產業化了。目前國內外投入大量的精力研究CIGS薄膜太陽電池，一方面，隨著人們對CIGS材料的物理基礎、器件構建等各方面的深入研究，CIGS薄膜太陽電池的轉換效率將繼續得到提高；另一方面，隨著各種廉價的替代材料的出現，太陽電池的成本將繼續降低；同時隨著制備技術的進步，大面積組件的效率也將不斷提高。可以預見，CIGS薄膜太陽電池的發展趨勢必將勢不可擋。