خلية شمسية سيلينيوم غاليوم من الإنديوم (أو CIGS cell ، وأحيانًا CI (G) S أو CIS cell) هي عبارة عن خلية شمسية رقيقة تستخدم لتحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية. يتم تصنيعه عن طريق ترسيب طبقة رقيقة من النحاس ، الإنديوم ، الغاليوم والسيلينايد على الزجاج أو البلاستيك ، مع أقطاب كهربائية في الأمام والخلف لجمع التيار. بما أن المادة لها معامل امتصاص عالي وتمتص أشعة الشمس بقوة ، فإنه يلزم وجود طبقة رقيقة أكثر من المواد شبه الموصلة الأخرى.

CIGS هي واحدة من ثلاثة من التقنيات الكهروضوئية السائلة ذات الأغشية الرقيقة ، والاثنان الآخران هما تيلوريد الكادميوم والسيليكون غير المتبلور. مثل هذه المواد ، فإن طبقات CIGS رقيقة بما يكفي لتكون مرنة ، مما يسمح بإيداعها على ركائز مرنة. ومع ذلك ، بما أن جميع هذه التقنيات تستخدم عادة تقنيات ترسيب درجة الحرارة العالية ، فإن أفضل أداء يأتي عادة من الخلايا المودعة على الزجاج ، على الرغم من أن التقدم في ترسيب خلايا CIGS في درجات الحرارة المنخفضة قد محى الكثير من هذا الفرق في الأداء. تتفوق CIGS على polysilicon على مستوى الخلية ، إلا أن كفاءة الوحدة لا تزال منخفضة ، نظرًا لرفع مستوى النضج بشكل أقل.

ركدت حصة سوق الأغشية الرقيقة بحوالي 15 في المائة ، تاركة بقية سوق الخلايا الشمسية التقليدية للخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون البلوري. في عام 2013 ، بلغت حصة السوق من CIGS وحدها حوالي 2٪ وانخفضت جميع تقنيات الأفلام الرقيقة مجتمعةً إلى أقل من 10٪. تستمر خلايا CIGS في التطور ، حيث أنها تعد بالوصول إلى كفاءات شبيهة بالسيليكون ، مع الحفاظ على تكاليفها المنخفضة ، كما هو معتاد لتكنولوجيا الأغشية الرقيقة. الشركات المصنعة البارزة من الخلايا الشمسية CIGS كانت الشركات المفلسة الآن Nanosolar و Solyndra. الشركة الرائدة في السوق الحالية هي الشركة اليابانية Solar Frontier ، و Solar Energy و GSHK Solar Solar Modules التي تنتج الطاقة الشمسية خالية من أي معادن ثقيلة مثل الكادميوم أو الرصاص.

الخصائص
CIGS عبارة عن مادة أشباه موصلات I-III-VI2 تتكون من النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينيوم. المادة عبارة عن محلول صلبة من سيلينيد الإنديوم النحاسي (غالباً ما يختصر “CIS”) و selenide غاليوم النحاس ، مع صيغة كيميائية لـ CuInxGa (1-x) Se2 ، حيث يمكن أن تختلف قيمة x من 1 (selenide الإنديوم النقي من النحاس) إلى 0 (نقية selenide غاليوم النحاس). هو أشباه الموصلات المستعارة رباعي السطوح ، مع بنية الكريستال chalcopyrite. تختلف فجوة الحزمة مع x من حوالي 1.0 eV (ل selenide الإنديوم النحاسي) إلى حوالي 1.7 eV (ل selenide غاليوم النحاس).

لدى CIGS معامل امتصاص عالي بشكل استثنائي يزيد عن 105 / سم لـ 1.5 eV وفوتونات طاقة أعلى. تمت المطالبة بالخلايا الشمسية CIGS ذات الكفاءة حوالي 20 ٪ من قبل المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ، والمختبرات الفيدرالية السويسرية لعلوم المواد والتكنولوجيا (Empa) ، و Zentrum für Sonnenenergie الألمانية و Wasserstoff Forschung (ZSW) (مترجم: مركز من أجل أبحاث الطاقة الشمسية والهيدروجين) ، وهو سجل حتى الآن لأي خلية شمسية رقيقة.

بناء
يظهر هيكل الجهاز الأكثر شيوعًا لخلايا CIGS الشمسية في الرسم التخطيطي (انظر هيكل جهاز CIGS). ويشيع استخدام زجاج الصودا الكلسية الذي يبلغ حوالي 1 إلى 3 ميلميتر في الركيزة ، لأن الصفائح الزجاجية تحتوي على الصوديوم ، والتي ثبت أنها تؤدي إلى زيادة كبيرة في جهد الدائرة المفتوحة ، لا سيما من خلال التخميد السطحي وحدود الحبيبات. ومع ذلك ، فإن العديد من الشركات تبحث أيضا في ركائز أخف وأكثر مرونة مثل البوليميد أو رقائق معدنية. ترسب طبقة المعدن الموليبدينوم (عادة بواسطة الاخرق) والتي تعمل كجهة اتصال وتعكس معظم الضوء غير القابل للامتصاص مرة أخرى في امتصاص CIGS. بعد ترسيب الموليبدنيوم نمت طبقة امتصاص CIGS من النوع P بواسطة واحدة من عدة طرق فريدة. تضاف طبقة عازلة رقيقة من النوع n أعلى السماد. المخزن المؤقت هو عادة كبريتيد الكادميوم (CdS) المودعة عن طريق ترسيب حمام كيميائي. تمت تغطية المخزن المؤقت بطبقة رقيقة من أكسيد الزنك الداخلي (i-ZnO) والتي تغطى بطبقة ZnO ألمنيومية أكثر سُمكًا (Al). يتم استخدام طبقة i-ZnO لحماية CdS والطبقة الماصة من التلف الأخرق أثناء ترسيب طبقة النوافذ ZnO: Al ، حيث أن هذا الأخير عادة ما يتم ترسيبه بواسطة عملية الرش DC ، والمعروفة باسم عملية ضارة. يعمل Al Doped ZnO بمثابة أكسيد موصل شفاف لجمع ونقل الإلكترونات من الخلية في حين يمتص الضوء قدر الإمكان.

تتضمن المواد التي تعتمد على CuInSe2 والتي تهم التطبيقات الكهروضوئية عدة عناصر من المجموعات الأولى والثالثة والسادسة في الجدول الدوري. هذه أشباه الموصلات جذابة بشكل خاص لتطبيقات الطاقة الشمسية بسبب معاملات الامتصاص الضوئية العالية والخصائص البصرية والكهربائية المتنوعة ، والتي يمكن من حيث المبدأ التلاعب بها وضبطها لحاجة معينة في جهاز معين.

كفاءة التحويل
يستخدم CIGS بشكل رئيسي في شكل أفلام رقيقة متعددة البلورات. بلغت أفضل كفاءة تم تحقيقها اعتبارًا من سبتمبر 2014 ، 21.7٪. حقق فريق في المختبر الوطني للطاقة المتجددة نسبة 19.9٪ ، وهو رقم قياسي في ذلك الوقت ، عن طريق تعديل سطح CIGS وجعله يبدو مثل CIS. تم إيداع هذه الأمثلة على الزجاج ، مما يعني أن المنتجات لم تكن مرنة ميكانيكيًا. في عام 2013 ، قام العلماء في المختبرات الفيدرالية السويسرية لعلوم وتكنولوجيا المواد بتطوير خلايا CIGS على رقائق بوليمر مرنة بكفاءة قياسية جديدة بلغت 20.4٪. هذه العرض على حد سواء أعلى كفاءة وأكبر قدر من المرونة.

أكد مختبر الطاقة المتجددة الوطني في الولايات المتحدة كفاءة وحدة 13.8 ٪ من لوحة إنتاج منطقة كبيرة (متر مربع) ، و 13 ٪ المساحة الكلية (و 14.2 ٪ مساحة الفتحة) مع بعض وحدات الإنتاج. في سبتمبر 2012 ، قدمت شركة Manz AG الألمانية وحدة CIGS الشمسية بكفاءة بلغت 14.6٪ من إجمالي مساحة الوحدة و 15.9٪ على الفتحة ، والتي تم إنتاجها في منشأة إنتاج ضخمة. حصلت شركة MiaSolé على كفاءة معتمدة في مجال الفتحة بنسبة 15.7٪ على وحدة إنتاجية تبلغ 1 م 2 ، وحققت Solar Frontier كفاءة بنسبة 17.8٪ على وحدة 900 سم 2.

يمكن الحصول على كفاءات أعلى (حوالي 30٪) باستخدام البصريات لتركيز الضوء الساقط. يزيد استخدام الغاليوم من فجوة النطاق البصري لطبقة CIGS بالمقارنة مع CIS النقي ، مما يزيد من جهد الدائرة المفتوحة. وفرة غاليوم النسبية ، مقارنة بإنديوم ، يقلل من التكاليف.

سجل المختبر CIGS الكفاءات من الركيزة

المادة المتفاعلة	زجاج	صلب	الألومنيوم	البوليمر
نجاعة	22.9٪	17.7٪	16.2٪	20.4٪
معهد	حدود الطاقة الشمسية (ب)	إمبا	إمبا	إمبا
المصدر: سويسولار ، فليسوم – عرض نوفمبر 2014  ملاحظة: (أ) خلية معملية مع ~ 0.5 سم 2 ، (ب)

مقارنة
السليكون البلوري التقليدي
بخلاف الخلايا السليكونية البلورية التقليدية القائمة على التجانس الداخلي ، فإن بنية خلايا CIGS هي نظام غير متجانس أكثر تعقيدًا. مادة ذات فجوة نطاق مباشرة ، CIGS لديها امتصاص ضوء قوي جدا وطبقة من 1 إلى 2 ميكرومتر (µm) يكفي لامتصاص معظم أشعة الشمس. على سبيل المقارنة ، مطلوب سمك أكبر من حوالي 160-190 ميكرومتر للسيليكون البلوري.

يمكن أن ترسب طبقة CIGS النشطة في شكل متعدد البلورات مباشرة على الموليبدينوم (Mo) المغلفة على مجموعة متنوعة من ركائز مختلفة مثل صفائح الزجاج ، وشرائط الصلب والرقائق البلاستيكية المصنوعة من بوليميد. يستخدم هذا طاقة أقل من صهر كميات كبيرة من رمال الكوارتز في الأفران الكهربائية ، وتزايد البلورات الكبيرة ، اللازمة لخلايا السيليكون التقليدية ، وبالتالي تقليل وقت استرداد الطاقة بشكل كبير.أيضا على عكس السيليكون البلوري ، يمكن أن تكون هذه الركائز مرنة.

في صناعة PV عالية التنافسية ، ازداد الضغط على مصنعي CIGS ، مما أدى إلى إفلاس العديد من الشركات ، حيث انخفضت أسعار خلايا السيليكون التقليدية بسرعة في السنوات الأخيرة. ومع ذلك ، أصبحت الخلايا الشمسية CIGS فعالة مثل الخلايا السليكونية متعددة البلورات ، وهي أكثر أنواع الخلايا الشمسية شيوعًا. تظل CIGS و CdTe-PV هما النوعان الوحيدان اللذان يحققان نجاحاً تجاريًا في صناعة الألواح الضوئية السريعة النمو عالمياً.

أفلام رقيقة أخرى
في “النحافة” الضوئية عموما في إشارة إلى ما يسمى خلايا “السيليكون” الجيل الأول عالية الكفاءة ، والتي يتم تصنيعها من رقائق السائبة مئات ميكرومتر سميكة. الأفلام الرفيعة تضحي ببعض كفاءة جمع الضوء ولكن تستخدم مواد أقل. في CIGS ، تكون فعالية التبادل أقل شدة من السيليكون. إن الكفاءة القياسية لخلايا CIGS الرقيقة للأغشية أقل قليلاً من CIGS لخلايا الأداء الأعلى على مستوى المختبر. في عام 2008 ، كانت كفاءة CIGS أعلى بكثير مقارنة مع تلك التي حققتها تقنيات أخرى للأغشية الرقيقة مثل الكادميوم telluride photovoltaics (CdTe) أو السيليكون غير المتبلور (a-Si). توفر الخلايا الشمسية CIS و CGS كفاءة إجمالية قدرها 15.0٪ و 9.5٪ على التوالي. في عام 2015 ، تم إغلاق الفجوة مع تقنيات الأفلام الرقيقة الأخرى ، مع كفاءة خلايا التسجيل في المختبرات بنسبة 21.5 ٪ ل CdTe (FirstSolar) و 21.7 ٪ لـ CIGS (ZSW). (راجع أيضًا مخطط كفاءة الخلايا البحثية الأفضل من NREL.)

الخصائص
تحتوي جميع ماصات CIGS عالية الأداء في الخلايا الشمسية على أوجه شبه مستقلة عن تقنية الإنتاج. أولا ، فهي عبارة عن طور ألفا متعدد البلورات يحتوي على بنية بلورية كالكوبايرايت كما هو مبين في الشكل 3. الخاصية الثانية هي Cudeficiency العام. يزيد نقص النحاس من تركيز الغالبية (ثقب) الغالبة بزيادة عدد الوظائف الشاغرة (شواهد) النحاس. عندما تكون أفلام CIGS غنية (نقص Cu) ، تشكل الطبقة السطحية للفيلم مركب عيب مرتب (ODC) مع رياضيات كيميائية لـ Cu (In، Ga) 3Se5. و ODC هو n-type ، مشكلاً نموذج pn homojunction في الفيلم عند السطح البيني بين الطور α و ODC. يتم تقليل سرعة إعادة التركيب في واجهة CIGS / CdS من خلال وجود homojunction. يظهر التراجع في إعادة تركيب الواجهة المنسوبة إلى تشكيل ODC من خلال التجارب التي أظهرت أن إعادة التركيب في الجزء الأكبر من الفيلم هي آلية الفقدان الرئيسية في أفلام Cu غير قاصرة ، بينما في الأفلام الغنية Cu تكون الخسارة الرئيسية في واجهة CIGS / CdS.

إن دمج الصوديوم ضروري لتحقيق الأداء الأمثل. يعتبر تركيز Na المثالي حوالي 0.1٪. يتم توفير Na عادة بواسطة ركيزة الزجاج الصودا-الكلس ، ولكن في العمليات التي لا تستخدم هذه الركيزة يجب إضافة Na بشكل متعمد. تتضمن التأثيرات المفيدة لـ Na زيادات في التوصيل من النوع p ، والملمس ، ومتوسط ​​حجم الحبوب. علاوة على ذلك ، يسمح دمج Na للحفاظ على الأداء على الانحرافات stoichiometric أكبر. وقد تنبأت عمليات المحاكاة بأن Na في الموقع يخلق مستوى مستقبلاً ضئيلًا وأن Na يعمل على إزالة In In Cu Cu (مانحين) ، ولكن الأسباب وراء هذه الفوائد مثيرة للجدل. يعود الفضل أيضًا إلى تحفيز امتصاص الأكسجين. الأكسجين يعمل على تخليص الوظائف الشاغرة التي تعمل بمثابة تعويضات للمانحين ومراكز إعادة التأهيل.

CINGING CIS (CuInSe2) مع CGS (CuGaSe2) يزيد من فجوة الحزمة. للوصول إلى فجوة نطاقية مثالية لخلية شمسية مفصلية واحدة ، فإن 1.5 فولت ، نسبة Ga / (In + Ga) تقارب 0.7 هي الأمثل. ومع ذلك ، عند النسب أعلى من 0.3 ، ينخفض ​​أداء الجهاز.تستهدف الصناعة حاليًا نسبة 0.3 Ga / (In + Ga) ، مما ينتج عنه فجوة نطاق بين 1.1 و 1.2 فولت. وقد تم افتراض انخفاض الأداء ليكون نتيجة CGS لا تشكل ODC ، وهو أمر ضروري لواجهة جيدة مع CdS.

تعرض الأجهزة ذات الكفاءة الأعلى التركيب الجوهري أو الاتجاه البلوري المفضل. لوحظ وجود اتجاه سطحي (204) في أفضل الأجهزة جودة. يفضل سطح امتصاص سلس لزيادة نسبة المنطقة المضيئة إلى منطقة الواجهة. تزيد مساحة الواجهة مع الخشونة بينما تظل المنطقة المضيئة ثابتة ، مما يقلل من جهد الدائرة المفتوحة (VOC). ارتبطت الدراسات أيضا بزيادة في كثافة العيوب إلى انخفاض المركبات العضوية المتطايرة. اقترح إعادة التركيب في CIGS أن تهيمن عليها العمليات غير الإشعاعية. من الناحية النظرية ، يمكن التحكم في إعادة التركيب من خلال هندسة الفيلم ، وهو خارجي إلى المادة.

إنتاج
إنتاج سينمائي
وتتمثل العملية الأكثر شيوعًا القائمة على الفراغ في التبخر أو تشويه النحاس والنحاس والغاليوم والإنديوم على ركيزة في درجة حرارة الغرفة ، ثم تحريك الفيلم الناتج ببخار سيلينيد. وتتمثل إحدى الطرق البديلة في تبخر النحاس وال ،اليوم والإنديوم والسيلينيوم على ركيزة ساخنة.

عملية بديلة غير فراغية ترسب جسيمات نانوية من المواد الأولية على الركيزة ومن ثم تقطعها في الموضع الطبيعي. يعتبر الطلاء بالكهرباء بديلًا آخر منخفض التكلفة لتطبيق طبقة CIGS.

توضح الأقسام التالية التقنيات المختلفة لمعالجة ترسبات السلف ، بما في ذلك التصفيح للطبقات المعدنية عند درجات حرارة منخفضة ، وطباعة أحبار تحتوي على جسيمات نانوية ، وإلكترودات كهربائية ، وتقنية مستوحاة من ترابط الرقاقة.

Selenization
تعتبر بيئة العرض و selenization هامة في تحديد خصائص وجودة الفيلم. عندما يتم توفير الطاقة الشمسية في المرحلة الغازية (على سبيل المثال H2Se أو عنصر Se) عند درجات الحرارة المرتفعة ، يتم دمج الـ Se في الفيلم عن طريق الامتصاص والانتشار اللاحق. خلال هذه الخطوة ، تسمى chalcogenization ، تحدث تفاعلات معقدة لتشكل chalcogenide. وتشمل هذه التفاعلات تكوين سبائك بينية Cu-In-Ga وتشكيل مركبات ثنائية وسيلينية فلزية معدنية وفصل طوري لمركبات CIGS متكافئة قياسياً مختلفة. بسبب تنوع وتعقيد التفاعلات ، يصعب التحكم في خصائص فيلم CIGS.

يؤثر مصدر Se على خصائص الفيلم الناتجة. يوفر H2Se أسرع دمج سي في امتصاص ؛ يمكن تحقيق 50 في٪ Se في أفلام CIGS عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 400 درجة مئوية. بالمقارنة ، تتحقق العناصر الأساسية فقط من التكامل الكامل مع درجات حرارة التفاعل فوق 500 درجة مئوية. وكانت الأفلام التي تشكلت في درجات حرارة منخفضة من عنصر سي الإكلينيكي شبه ناقصة ، ولكن كان لها مراحل متعددة بما في ذلك السيلينيومات المعدنية والسبائك المختلفة. يوفر استخدام H2Se أفضل تجانس تركيبي وأكبر أحجام الحبوب. ومع ذلك ، فإن H2Se شديدة السمية وتصنف على أنها من المخاطر البيئية.

الاخرق من طبقات معدنية تليها selenization
في هذه الطريقة يتم رش طبقة معدنية من Cu ، In و Ga عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب منها ، وتتفاعل في جو سي عند درجة حرارة عالية. هذه العملية لديها إنتاجية أعلى من التبادل ويمكن تحقيق التجانس التركيبي بسهولة أكبر.

إن تبخير طبقة متعددة من المعدن مكدسة – على سبيل المثال بنية Cu / In / Ga / Cu / In / Ga … – ينتج سطحًا أكثر سلاسة وأفضل تبلور في الماص مقارنة مع طبقة ثنائية بسيطة (سبيكة Cu-Ga / In) أو trilayer (Cu / In / Ga) الرش. هذه السمات تؤدي إلى أجهزة ذات كفاءة أعلى ، ولكن تشكيل الطبقات المتعددة عملية ترسيب أكثر تعقيدًا ولا تستحق التجهيزات الإضافية أو تعقيد العملية المضافة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معدلات التفاعل للطبقات Cu / Ga و Cu / In مع Se مختلفة. إذا لم تكن درجة حرارة التفاعل عالية بما فيه الكفاية ، أو لم تكن طويلة بما يكفي ، فإن CIS و CGS تشكلان في مراحل منفصلة.

الشركات التي تستخدم حاليا عمليات مماثلة تشمل Showa Shell ، Avancis (التي أصبحت الآن تابعة لمجموعة Saint-Gobain) ، Miasolé ، Honda Soltec ، و Energy Photovoltaics (EPV). لقد أحدثت شوا شل طبقة من سبيكة Cu-Ga وطبقة In ، يليها selenization في H2Se والكبريت في H2S. يبدو أن خطوة الكبريتة تعمل على تخميل السطح بطريقة تشبه CdS في معظم الخلايا الأخرى. وبالتالي ، فإن الطبقة العازلة المستخدمة هي خالية من الكادميوم ، مما يلغي أي تأثير بيئي للقرص المضغوط. وذكرت شوا شل كفاءة وحدة الحد الأقصى من 13.6 ٪ بمتوسط ​​11.3 ٪ لركائز 3600 سم 2. تستخدم شركة Shell Solar نفس الأسلوب الذي تستخدمه شركة Showa Shell لإنشاء وحدة امتصاص الطاقة. ومع ذلك ، فإن طبقة CdS الخاصة بهم تأتي من ترسب البخار الكيميائي. الوحدات التي تبيعها شركة Shell Solar تدعي كفاءة الوحدة بنسبة 9.4٪.

قام Miasole بشراء أموال رأس المال الاستثماري لعملياتها وتوسيع نطاقها. ومع ذلك ، لا يُعرف الكثير عن عملياتهم بما يتجاوز الكفاءة المحددة من 9 إلى 10٪ للوحدات.

يستخدم EPV هجينًا بين التبخر والبخار الذي يبخر فيه In و Ga في جو شديد السطوع. ويتبع ذلك من خلال الاخرق و selenization.وأخيرًا ، يتبخر In و Ga مرة أخرى في وجود Se. بناءً على قياسات هول ، تتميز هذه الأفلام بتركيز منخفض على الناقل وحركة عالية نسبياً. أفلام EPV لديها تركيز عيب منخفض.

Chalcogenization من طبقات السلائف الجسيمات
في هذه الطريقة ، يتم استخدام المعادن أو أكسيد الحديد النانوية كسلائف لنمو CIGS. يتم تعليق هذه الجسيمات النانوية عمومًا في محلول قائم على الماء ثم يتم تطبيقها على مساحات كبيرة باستخدام طرق متنوعة ، مثل الطباعة. ثم يتم تجفيف الفيلم ، وإذا كانت السلائف عبارة عن أكاسيد معدنية ، يتم تقليلها في جو H2 / N2. بعد الجفاف ، يتم تلبيد الفيلم المسامي المتبقي و selenized عند درجات حرارة أكبر من 400 درجة مئوية.

حاولت شركة Nanosolar و International Electric Electric Technology (ISET) دون جدوى تعزيز هذه العملية. يستخدم ISET جسيمات أكسيد ، في حين لم يناقش Nanosolar حبرها. وتشمل مزايا هذه العملية التوحيد على مناطق كبيرة ، أو غير فراغ أو معدات ذات فراغ منخفض ، والقدرة على التكيف مع التصنيع باللفة. عند مقارنتها بطبقات السلائف المعدنية الصفائحية ، فإن الجسيمات النانوية الملبدة يتم فصلها بسرعة أكبر. الزيادة في المعدل ناتجة عن المساحة السطحية الأكبر المرتبطة بالمسامية. تنتج المسامية أسطح امتصاص صلبة. استخدام السلائف الجسيمات يسمح للطباعة على مجموعة كبيرة من الركائز مع استخدام المواد من 90 ٪ أو أكثر. القليل من البحث والتطوير يدعم هذه التقنية.

وذكرت Nanosolar كفاءة خلية (وليس وحدة) من 14 ٪ ، ولكن هذا لم يتم التحقق من أي اختبار مختبري وطني ، كما أنها لم تسمح بإجراء عمليات تفتيش في الموقع. في الاختبار المستقل ، كان لامتصاص ISET ثاني أدنى كفاءة بنسبة 8.6٪. ومع ذلك ، تم تبني جميع الوحدات التي تفوقت على وحدة ISET ، وهي عملية لها عيوب التصنيع وارتفاع التكاليف. عانت عينة ISET أكثر من انخفاض المركبات العضوية المتطايرة وعامل تعبئة منخفضة ، مما يدل على وجود سطح خشن و / أو عدد كبير من العيوب التي تساعد على إعادة التركيب. فيما يتعلق بهذه القضايا ، كان الفيلم يعاني من ضعف خصائص النقل بما في ذلك انخفاض حركة القاعة وفترة خدمة الناقل القصيرة.

Electrodeposition تليها selenization
يمكن أن تودع السلائف عن طريق electrodeposition. توجد منهجيتان: ترسب الهياكل ذات الطبقات العنصرية والترسيب المتزامن لجميع العناصر (بما في ذلك Se). كلتا الطريقتين تتطلبان المعالجة الحرارية في جو سي للحصول على أفلام بجودة الجهاز. لأن electrodeposition يتطلب الأقطاب الكهربائية موصل ، رقائق معدنية هي الركيزة المنطقية. تشريح كهربائي من طبقات عنصرية يشبه الاخرق من طبقات عنصري.

توظف الترسبات المتزامنة قطب كهربائي يعمل (كاثود) ، وإلكترود مضاد (الأنود) ، وإلكترود مرجعي. يتم استخدام ركيزة رقائق معدنية كقطب كهربائي عامل في العمليات الصناعية. توفر المادة الخاملة قطبًا مضادًا ، وتقيس الإلكترود المرجعي وتتحكم في الإمكانات. يسمح القطب المرجعي بإجراء العملية بشكل فعال ، مما يسمح بالتحكم في إمكانات الركيزة.

يجب أن يتغلب التيار الكهربائي المتزامن على حقيقة أن إمكانات خفض مستوى العناصر ليست متساوية ، مما يسبب الترسب التفضيلي لعنصر واحد. عادة ما يتم تخفيف هذه المشكلة عن طريق إضافة أيونات مضادة إلى محلول لكل أيون ليتم ترسيبه (Cu2 + ، Se4 + ، In3 + ، و Ga3 +) ، وبالتالي تغيير إمكانات خفض الأيون. علاوة على ذلك ، فإن نظام Cu-Se له سلوك معقد ويعتمد تركيب الفيلم على نسبة تدفق أيونات Se4 + / Cu2 + التي يمكن أن تختلف على سطح الفيلم. هذا يتطلب أن يتم تحسين تركيزات السلائف وإمكانية الترسيب. حتى مع التحسين ، تكون قابلية التكاثر منخفضة على مساحات كبيرة بسبب تغيرات التركيب والقطرات المحتملة على طول الركيزة.

تحتوي الأفلام الناتجة على حبيبات صغيرة ، غنية بالنحاس ، وتحتوي بشكل عام على مراحل Cu2 − xSex بالإضافة إلى شوائب من المحلول. مطلوب التلدين لتحسين البلورة. للحصول على كفاءات أعلى من 7٪ ، يلزم تصحيح العناصر المتطابقة. تم إجراء التصحيح في الأصل عن طريق ترسيب البخار الفيزيائي بدرجة الحرارة العالية ، وهو أمر غير عملي في الصناعة.

تنتج Solopower حاليًا خلايا ذات كفاءة تحويل تبلغ 13.7٪ وفقًا لـ NREL.

تركيبة السلائف بواسطة تقنية مستوحاة من رقاقة الويفر
في هذه العملية ، يتم إيداع اثنين من الأفلام السلائف بشكل منفصل على الركيزة والركيزة. يتم ضغط الأفلام معًا ويتم تسخينها لتحرير الفيلم من الطبقة الرفيعة القابلة لإعادة الاستخدام ، تاركًا جهاز امتصاص CIGS على الطبقة السفلية. قامت شركة Heliovolt براءة اختراع هذا الإجراء وأطلق عليها اسم FASST. من حيث المبدأ ، يمكن إيداع السلائف في درجة حرارة منخفضة باستخدام تقنيات ترسيب منخفضة التكلفة ، مما يقلل من تكلفة الوحدة. ومع ذلك ، فإن الأجيال الأولى من المنتجات تستخدم طرق PVD ذات درجة حرارة أعلى ولا تحقق إمكانية خفض التكلفة بالكامل. يمكن استخدام ركائز مرنة في هذه العملية.

لا تُعرف خصائص الفيلم النموذجية خارج الشركة ، حيث لم يتم إجراء أي بحث بواسطة مختبرات ممولة بشكل مستقل. ومع ذلك ، ادعى هيليوفولت كفاءة خلية أعلى من 12.2 في المائة.

Coevaporation
تعتبر عملية التبويض أو الترميز هي أكثر تقنيات تصنيع CIGS انتشارًا. ترسم عملية التبخر في بوينغ طبقات ثنائية من CIGS مع عناصر تكتيكية مختلفة على ركيزة ساخنة وتسمح لهم بالتداخل.

قامت شركة NREL بتطوير عملية أخرى تتضمن ثلاث خطوات ترسيب وأنتجت حامل سجل الكفاءة الحالي لـ CIGS بنسبة 20.3٪.الخطوة الأولى في طريقة NREL هي كودبو في In و Ga و Se. ويتبع ذلك Cu و Se الذي يتم ترسيبه في درجة حرارة أعلى للسماح بالانتشار واختلاط العناصر. في المرحلة النهائية ، يتم ترقيم Ga ، و Se مرة أخرى لجعل التكوين العام Cu ناقصًا.

بدأت شركة Würth Solar في إنتاج خلايا CIGS باستخدام نظام تحفيز مضمن في عام 2005 مع كفاءة في الوحدات تتراوح بين 11٪ و 12٪. فتحت منشأة إنتاج أخرى وواصلت تحسين الكفاءة والعائد. ومن بين الشركات الأخرى التي تقوم بتوسيع عمليات التكثيف: Global Solar و Ascent Solar. استخدمت شركة Global Solar عملية ترسيب مضمنة من ثلاث مراحل. في جميع الخطوات يتم توفير Se الفائض في مرحلة البخار. في و Ga يتم تبخرها أولاً متبوعًا بـ Cu ثم بواسطة In و Ga لجعل فيلم Cu ناقصًا. حققت هذه الأفلام أداءً إيجابيًا للغاية بالنسبة إلى الشركات المصنعة الأخرى وللممتصات التي نمت في NREL ومعهد تحويل الطاقة (IEC). ومع ذلك ، فإن وحدات من أفلام شركة Solar العالمية لم تحقق أداءً جيدًا. الخاصية التي كان من الواضح أن أداء الوحدة النمطية فيها أقل من المركبات العضوية المتطايرة منخفضة ، والتي تتميز بكثافة عيب عالية وسرعات إعادة التركيب العالية. تفوقت طبقة امتصاص الطاقة الشمسية العالمية على امتصاص NREL في عمر الحاملة والقابلية للحركة. ومع ذلك ، كان أداء العينة NREL بشكل أفضل كخلايا مكتملة. هذا دليل على وجود واجهة CIGS / CdS ضعيفة ، ربما بسبب عدم وجود طبقة سطح ODC على الفيلم الشمسي العالمي.

تشمل العيوب مشكلات التوحيد على مساحات كبيرة وصعوبة عناصر التبويض في نظام مضمّن. أيضا ، ارتفاع درجات الحرارة ارتفاع النمو في الميزانية الحرارية والتكاليف. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التبخر يتم ابتلاعه باستخدام مواد منخفضة (ترسيب على جدران الغرفة بدلاً من الركيزة ، خاصة للسيلينيوم) ، ومعدات تفريغ باهظة الثمن. وهناك طريقة لتعزيز استخدام الطاقة الشمسية عن طريق عملية تكسير السيلينيوم الحرارية أو المعززة بالبلازما ، والتي يمكن أن تقترن بمصدر شعاعي أيوني للترسيب بمساعدة الأيونات.

ترسيب الأبخرة الكيميائية
تم تنفيذ ترسيب البخار الكيميائي (CVD) بطرق متعددة لترسب CIGS. وتشمل العمليات CVD العضوي للضغط الجوي العضوي (AP-MOCVD) ، CVD المعززة بالبلازما (PECVD) ، MOCVD منخفض الضغط (LP-MOCVD) ، و MOCVD بمساعدة الهباء الجوي (AA-MOCVD). يحاول البحث التحول من السلائف ثنائية المصدر إلى السلائف أحادية المصدر. يجب أن تكون السلائف متعددة المصادر متجانسة بشكل متجانس ويجب أن تبقى معدلات تدفق السلائف في القياس المتوازن الصحيح. لا تعاني أساليب السلائف أحادية المصدر من هذه العوائق ويجب أن تمكّن من التحكم بشكل أفضل في تكوين الفيلم.

اعتبارا من عام 2014 ، لم يتم استخدام CVD لتخليق CIGS التجاري. تتميز أفلام CVD المنتجة بالكفاءة المنخفضة وانخفاض المركبات العضوية المتطايرة ، جزئياً نتيجة لتركيز عيب مرتفع. بالإضافة إلى ذلك ، تكون سطوح الفيلم بشكل عام خشنة للغاية مما يعمل على زيادة انخفاض المركبات العضوية المتطايرة. ومع ذلك ، فقد تم تحقيق نقص النحاس المطلوب باستخدام AA-MOCVD مع اتجاه بلوري (112).

درجات حرارة ترسيب CVD هي أقل من تلك المستخدمة في العمليات الأخرى مثل التبخر المشترك و selenization من السلائف المعدنية.لذلك ، فإن CVD لديها ميزانية حرارية منخفضة وتكاليف أقل. وتشمل مشاكل التصنيع المحتملة صعوبات في تحويل CVD إلى عملية مضمنة بالإضافة إلى حساب التعامل مع السلائف المتطايرة.

ترسيب Electrospray
يمكن إنتاج أفلام رابطة الدول المستقلة عن طريق الترسيب الكهربائي. تشتمل التقنية على الرش بمساعدة حقل كهربائي للحبر المحتوي على جزيئات نانوية CIS على الركيزة مباشرة ثم تلبد في بيئة خاملة. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في أن العملية تتم في درجة حرارة الغرفة ومن الممكن إرفاق هذه العملية بنظام الإنتاج المستمر أو الشامل مثل آلية الإنتاج باللفة.