銅銦硒(CIS)薄膜電池基本信息

銅銦硒太陽能薄膜電池（簡稱銅銦硒電池）是在玻璃或其它廉價襯底上沉積若干層金屬化合物半導(dǎo)體薄膜，薄膜總厚度大約為2－3微米，利用太陽光發(fā)電。銅銦硒電池具有成本低、性 能穩(wěn)定、抗輻射能力強等特性，光電轉(zhuǎn)換效率是各種薄膜太陽電池之首，正是由于其優(yōu)異的性能被國際上稱為下一時代的廉價太陽能電池，吸引了眾多機構(gòu)及專家進行研究開發(fā)。但因為銅銦硒電池是多元化合物半導(dǎo)體器件，具有復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)和敏感的元素配比，要求其工藝和制備條件極為苛刻，只有美國、日本、德國完成了中試線的開發(fā)，但尚未實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

CIS 太陽電池有轉(zhuǎn)換效率高、制造成本低、電池性能穩(wěn)定三大突出的特點。

轉(zhuǎn)換效率高

CIS薄膜的禁帶寬度為1.04eV，通過摻入適量的Ga以替代部分In，成為Cu In1= xGaxSe2 (簡稱CIGS) 混溶晶體，薄膜的禁帶寬度可在1.04～1.7 eV 范圍內(nèi)調(diào)整，這就為太陽電池最佳帶隙的優(yōu)化提供了新的途徑。所以, C IS (C IGS)是高效薄膜太陽電池的最有前途的光伏材料。美國NREL 使用三步沉積法制作的C IGS 太陽能電池的最高轉(zhuǎn)換效率為19.5%，是薄膜太陽電池的世界紀(jì)錄。

制造成本低

吸收層薄膜CuInSe2是一種直接帶隙材料，光吸收率高達105量級，最適于太陽電池薄膜化，電池厚度可以做到2～3Lm，降低了昂貴的材料消耗。C IS 電池年產(chǎn)1. 5MW，其成本是晶體硅太陽電池的1/ 2～1/3，能量償還時間在一年之內(nèi)，遠遠低于晶體硅太陽電池。

電池性能穩(wěn)定

美國波音航空公司曾經(jīng)制備91cm2的C IS 組件，轉(zhuǎn)換效率為6.5%。100MW/cm2光照7900 h 后發(fā)現(xiàn)電池效率沒有任何衰減，西門子公司制備的CIS電池組件在美國國家可再生能源實驗室(NREL ) 室外測試設(shè)備上，經(jīng)受7年的考驗仍然顯示著原有的性能。

為降低大面積C IS太陽電池的制作成本、，各國學(xué)者提出了不同的制作方法，除了吸收層C IS 以外，其他各層通常采用真空蒸發(fā)或濺射成膜。過渡層CdS 的制備使用化學(xué)成膜法可以保證膜的致密、均勻，易于控制，現(xiàn)今多采用水浴法。吸收層CIS(CIGS) 是多元化合物，原子的晶格配比及結(jié)晶狀況對其性能起著決定性的作用。制備CIS和CIGS吸收層有許多種方法：真空蒸發(fā)、磁控濺射、電沉積法、電子束蒸發(fā)、電鍍等等。先簡單介紹幾種制備方法。

1、蒸發(fā)法制備法：作為實驗室里制備面積很小的CIGS電池樣品時，蒸發(fā)法制備的電池效率比較高，包括最高轉(zhuǎn)化率的電池的CIGS層均是蒸發(fā)法制備的。采用多元共蒸發(fā)法成膜工藝，雖然可制備出高水平CIGS的電池，但元素的化學(xué)配比很難靠蒸發(fā)來精確控制，因而電池的良品率不高，產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)比較困難，另外蒸發(fā)法其原料的利用率低，對于貴金屬來說浪費大，不利于降低成本。這兩種方法在日本、美國、德國無論在實驗室和生產(chǎn)線上都有采用。

2、電沉積技術(shù)制備法：電沉積技術(shù)分為兩大類：一步法、分步法。一步法制備CIS 薄膜涉及各元素(Cu、In、Se) 的分別沉積, 其中銅和硒的電極電位遠比銦的高。這樣在沉積過程中，銦元素較難還原。通常通過調(diào)節(jié)溶液pH值、電鍍液中各元素的濃度, 使三種元素的電極電位盡可能相近，以保證三元素以接近CIS分子式的化學(xué)計量比析出。最初電化學(xué)沉積CIS薄膜采用恒電流法，后絕大多數(shù)是控制恒電位。

3、電鍍法制備法：電鍍法制備CIGS層，要制備具有理想定比、致密和表面均勻的薄層非常困難。要獲得生產(chǎn)要求大面積均勻則更難。

4、硒化法是制備CIS (CIGS)薄膜的主流工藝，它是通過將Cu、In、Ga 合金預(yù)制膜硒化來制得C IGS 薄膜，硒化法中，Cu 和In 的厚度按配比嚴(yán)格控制，成膜方法有濺射、蒸發(fā)和電沉積等等。硒化法主要有分步蒸發(fā)硒化法，后硒化法等。分步硒化法是指將Cu Se和In Se分別共蒸后再硒化。當(dāng)前，國際上比較流行”三步蒸發(fā)硒化法”制備CIGS 薄膜材料。近年來以固態(tài)硒作源的硒化(固態(tài)源后Se 化工藝) 被廣泛采用，其原料為Se H2固氣混合體，可以將固態(tài)Se 蒸發(fā)為飽和蒸汽，通過控制襯底溫度和蒸汽壓強，來實現(xiàn)硒化工藝，由此降低成本，而且無毒，工藝的重復(fù)性也有很大的提高。

5、濺射法不但可以可靠的調(diào)節(jié)各元素配比，并且制備出來的膜均勻性好，因為濺射粒子的能量比蒸發(fā)法要大的多，所以膜與基片的附著力增加，使膜致密結(jié)實，同時還可以控制濺射速率和時間的控制，有利于提高重復(fù)性。磁控濺射一般濺射CuIn和CuGa沉積CuInGa合金預(yù)制層，然后硒化。

1概論

1．1銦的發(fā)展簡史

1．2銦的性質(zhì)

1．2．1銦的物理性質(zhì)

1．2．2銦的化學(xué)性質(zhì)

1．2．3銦的核性質(zhì)

1．2．4銦的毒性

1．3銦的重要化合物、合金及其性質(zhì)

1．3．1銦的氧化物和氫氧化物

1．3．2銦的硫化物和硫酸鹽

1．3．3銦的鹵化物

1．3．4銦的磷化物、砷化物、銻化物及磷酸鹽、砷酸鹽

1．3．5銦的氮化物和硝酸鹽

1．3．6銦的硒化物和碲化物

1．3．7銦的氫化物

1．3．8銦的有機酸鹽及其衍生物

1．3．9銦的有機化合物

1．3．10銦合金

1．4銦的提取方法

1．4．1銦提取的原則流程

1．4．2從幾種代表性原料中提取銦的方法

2銦產(chǎn)品及其用途和市場

2．1銦產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

2．2銦及其化合物的主要用途

2．2．1銦錫氧化物(ITO)的用途

2．2．2半導(dǎo)體銦化合物的用途

2．2．3焊接劑方面的應(yīng)用

2．2．4涂層上的應(yīng)用

2．2．5用于低熔點合金

2．2．6其他銦合金

2．2．7硒銦銅(CuInSe2)

2．2．8原子能工業(yè)方面的應(yīng)用

2．2．9化工工業(yè)上的應(yīng)用

2．2．10電視機方面的其他應(yīng)用

2．2．11光纖通訊方面的應(yīng)用

2．2．12電池防腐方面的應(yīng)用

2．2．13現(xiàn)代軍事技術(shù)中的應(yīng)用

2．3銦的生產(chǎn)及供應(yīng)

2．4銦的消費與需求

2．5銦及其化合物的消費結(jié)構(gòu)

2．6銦的價格

2．7銦的關(guān)稅

2．8展望

3銦資源

3．1銦的地質(zhì)資源

3．1．1銦的地球化學(xué)性質(zhì)

3．1．2銦礦物種類

3．1．3含銦的礦物

3．1．4銦礦床

3．1．5銦儲量

3．2銦礦物的選礦富集

3．2．1多金屬礦選礦過程中銦的走向

3．2．2銦在選礦中的行為

3．2．3含銦鋅精礦成分

4提銦原料及其來源

4．1概述

4．2火法煉鋅過程中銦的走向與富集

4．2．1豎罐煉鋅過程中銦的走向與富集

4．2．2鼓風(fēng)爐煉鋅過程中銦的走向與富集

4．3濕法煉鋅過程中銦的走向與富集

4．3．1中性浸出過程中銦的走向與富集

4．3．2熱酸浸出一黃鉀鐵礬法除鐵過程中銦的走向與富集

4．3．3熱酸浸出一針鐵礦法除鐵過程中銦的走向與富集

4．3．4赤鐵礦法過程中銦的走向與富集

4．4煉鉛、銻過程中銦的走向與富集

4．4．1硫化鉛精礦冶煉過程中銦的走向與富集

4．4．2氧化鉛礦冶煉過程中銦的走向與富集

4．4．3鉛銻精礦冶煉過程中銦的走向與富集

4．5煉錫過程中銦的走向與富集

4．6煉銅過程中銦的走向與富集

4．7高爐煉鐵過程中銦的走向與富集

4．8銦的二次資源

5銦提取冶金的單元過程

5．1概述

5．2還原揮發(fā)及焙燒

5．2．1還原揮發(fā)(煙化)法

5．2．2硫酸化焙燒

5．2．3氯化焙燒(揮發(fā))

5．2．4真空蒸餾

5．3浸出

5．3．1浸出反應(yīng)機理

5．3．2浸出劑

5．3．3銦物料的硫酸浸出

5．3．4浸出設(shè)備

5．3．5液固分離設(shè)備

5．4含銦溶液的沉淀與金屬還原過程

5．4．1概述

5．4．2水解沉淀法

5．4．3硫化沉淀法

5．4．4弱酸鹽沉淀法

5．5溶液金屬還原

5．5．1置換沉積法

5．5．2變價化合物還原法

5．6汞齊法

5．7溶劑萃取

5．7．1概述

5．7．2萃取過程中的化學(xué)原理

5．7．3萃取劑、稀釋劑和添加劑

5．7．4萃取體系

5．7．5影響萃取平衡的因素

5．7．6萃取方式與計算

5．7．7萃取設(shè)備

5．7．8萃取過程中的乳化及泡沫問題

5．7．9銦的萃取

5．8離子交換

5．8．1概述

5．8．2離子交換劑

5．8．3離子交換基本原理

5．8．4離子交換工藝和設(shè)備

5．8．5離子交換法應(yīng)用于銦回收的工業(yè)實踐

5．9海綿銦的熔煉過程

5．10銦的精煉

5．10．1概述

5．10．2粗銦預(yù)先除鉈、鎘

5．10．3粗銦電解精煉的理論基礎(chǔ)

5．10．4銦電解精煉的技術(shù)條件

5．10．5銦電解精煉的生產(chǎn)實踐

5．10．6銦電解精煉的技術(shù)動向

5．10．7其他銦精煉方法

5．1l銦提取技術(shù)的發(fā)展動向

5．11．1氧壓酸浸

5．11．2液膜萃取

5．11．3CL．P204萃淋樹脂吸萃法的研究

5．11．4活性炭與腐殖酸吸附銦的研究

5．11．5無鐵渣濕法煉鋅提銦新工藝

6銦的提取工藝及實踐

6．1概述

6．2由火法煉鋅副產(chǎn)品提取銦

6．2．1由豎罐煉鋅副產(chǎn)品焦結(jié)煙塵提取銦

6．2．2由火法精餾鋅副產(chǎn)品粗鉛提取銦

6．2．3由火法精餾鋅副產(chǎn)品硬鋅提取銦

6．3由濕法煉鋅的含銦渣提取銦

6．3．1由常規(guī)法濕法煉鋅浸出渣提取鋅

6．3．2由高酸浸出的鐵礬渣提取銦

6．3．3由高酸浸出的針鐵礦渣提取銦

6．3．4由濕法煉鋅的赤鐵礦渣提取銦

6．4由硫化鉛煉鉛過程提取銦

6．4．1粗鉛浮渣反射爐熔煉、煙塵酸浸一萃取回收銦

6．4．2粗鉛堿性精煉渣回收銦

6．4．3粗鉛浮渣還原合金的氯化法提銦

6．4．4粗鉛浮渣還原合金的電解法提銦

6．5由氧化鉛礦煉鉛過程提取銦

6．6由煉錫過程提取銦

6．6．1從焊錫氟硅酸電解液提銦

6．6．2從錫冶煉二次塵和煙化爐塵提銦

6．6．3從金屬錫中提銦

6．6．4粗錫真空蒸餾爐冷凝物提銦

6．7從鉛銻精礦提銦

6．7．1從鉛銻精礦的鼓風(fēng)爐煙塵提銦

6．7．2從復(fù)雜銻鉛精礦直接提銦

6．8從煉銅過程提銦

6．8．1銅陵有色金屬公司的銅煙塵提銦

6．8．2加拿大鷹橋公司的銅煙塵提銦工藝

6．9高爐煉鐵煙塵提銦

6．10由再生資源回收銦

6．10．1由ITO廢靶材合金回收銦

6．10．2由含銦廢合金料回收銦

6．10．3由含銦廢液回收銦

7銦冶金過程的綜合回收

7．1還原揮發(fā)窯窯渣的綜合回收

7．1．1窯渣回收炭

7．1．2窯渣回收鐵

7．1．3窯渣回收鎵

7．2揮發(fā)塵浸出渣的綜合回收

7．2．1浸出渣回收鉛和銀

7．2．2浸出渣回收鉛、鉍

7．2．3浸出渣用選礦法回收鉛和鋅

7．3萃銦余液的綜合回收

7．3．1萃銦余液回收鋅、鎘

7．3．2萃銦余液回收鍺

7．3．3萃銦余液回收鎵

7．3．4萃銦余液回收萃取劑

7．4銦置換后液的綜合回收

7．4．1鋁板置換銦后液回收鋁和鋅

7．4．2鋅板置換銦后液回收氯化鋅

8銦的深加工和主要銦制品

8．1高純銦和超純銦

8．1．1產(chǎn)品規(guī)格

8．1．2主要用途

8．1．3制取方法

8．2細銦粉

8．2．1產(chǎn)品規(guī)格

8．2．2主要用途

8．2．3制備方法

8．3三氧化二銦

8．3．1產(chǎn)品規(guī)格

8．3．2主要用途

8．3．3制備方法

8．4氫氧化銦粉

8．4．1產(chǎn)品規(guī)格

8．4．2主要用途

8．4．3制備方法

8．5高純硫酸銦

8．5．1產(chǎn)品規(guī)格

8．5．2主要用途

8．5．3制備方法

8．6半導(dǎo)體銦化合物

8．6．1銻化銦單晶

8．6．2砷化銦單晶

8．6．3磷化銦單晶

8．6．4以InBv為主的固溶體

8．6．5AIInB2V1型的半導(dǎo)體化合物

8．7ITO(銦錫氧化物)

8．7．1ITO粉

8．7．2納米ITO粉

8．7．3ITO靶材(銦靶)

8．7．4ITO薄膜

8．8三甲基銦(TMIn)

8．8．1產(chǎn)品規(guī)格

8．8．2主要用途

8．8．3制備方法

8．9銦合金

8．9．1銦的二元及多元合金

8．9．2銦的焊料合金

8．9．3銦合金制備

9銦冶煉生產(chǎn)的環(huán)境保護與安全生產(chǎn)

9．1概述

9．2主要環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

9．2．1大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

9．2．2水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

9．2．3廢渣控制標(biāo)準(zhǔn)

9．3“三廢”的治理

9．3．1冶煉煙氣的治理

9．3．2含重金屬污水的治理

9．4銦冶煉廠的職業(yè)衛(wèi)生與安全防護

9．4．1銦冶煉廠火法車間塵毒危害和勞動保護

9．4．2銦生產(chǎn)濕法車間的職業(yè)中毒與安全生產(chǎn)

附錄

部分二元及三元銦合金相圖摘編

參考文獻2100433B