เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดคอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมซีลีไนด์ ( เซลล์ CIGSหรือบางครั้งเรียกว่า เซลล์ CI(G)SหรือCIS ) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง ชนิดหนึ่ง ผลิตโดยการเคลือบ สารละลาย คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมซีลีไน ด์บางๆ ลงบนแผ่นกระจกหรือพลาสติก พร้อมกับขั้วไฟฟ้าทั้งด้านหน้าและด้านหลังเพื่อรวบรวมกระแสไฟฟ้า เนื่องจากวัสดุนี้มี ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับสูงและดูดซับแสงแดดได้ดี จึงจำเป็นต้องใช้ฟิล์มที่บางกว่าวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดอื่นๆ มาก

CIGS เป็นหนึ่งในสามเทคโนโลยี เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง(PV) หลัก อีกสองเทคโนโลยีคือแคดเมียมเทลลูไรด์และซิลิคอนอสัณฐานเช่นเดียวกับวัสดุเหล่านี้ ชั้น CIGS มีความบางพอที่จะยืดหยุ่นได้ ทำให้สามารถเคลือบลงบนพื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเทคโนโลยีเหล่านี้มักใช้เทคนิคการเคลือบที่อุณหภูมิสูง ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดจึงมักมาจากเซลล์ที่เคลือบลงบนกระจก แม้ว่าความก้าวหน้าในการเคลือบเซลล์ CIGS ที่อุณหภูมิต่ำจะช่วยลดความแตกต่างด้านประสิทธิภาพนี้ไปได้มากแล้วก็ตาม CIGS มีประสิทธิภาพเหนือกว่าโพลีซิลิคอนในระดับเซลล์ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของโมดูลยังคงต่ำกว่า เนื่องจากการขยายขนาดยังไม่สมบูรณ์^{[ 1 ]}

ส่วนแบ่งการตลาดของฟิล์มบางทรงตัวอยู่ที่ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ ทำให้ส่วนที่เหลือของตลาดเซลล์แสงอาทิตย์เป็นของเซลล์แสงอาทิตย์ แบบดั้งเดิม ที่ทำจากซิลิคอนผลึกในปี 2556 ส่วนแบ่งการตลาดของ CIGS เพียงอย่างเดียวอยู่ที่ประมาณ 2 เปอร์เซ็นต์ และเทคโนโลยีฟิล์มบางทั้งหมดรวมกันลดลงต่ำกว่า 10 เปอร์เซ็นต์^{[ 2 ]}เซลล์ CIGS ยังคงได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับซิลิคอน ในขณะที่ยังคงรักษาต้นทุนต่ำ ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของเทคโนโลยีฟิล์มบาง^{[ 3 ]}ผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ CIGSที่โดดเด่น ได้แก่ บริษัท NanosolarและSolyndra ซึ่ง ต่อมาล้มละลายผู้นำตลาดคือบริษัทSolar Frontier ของญี่ปุ่น โดยมีGlobal SolarและGroup Solar Hong Kong (GSHK Solar)ผลิตโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ที่ปราศจากโลหะหนัก เช่น แคดเมียมและ/หรือตะกั่ว^{[ 4 ]}บริษัทผู้ผลิตแผงโซลาร์เซลล์ CIGS หลายแห่งล้มละลาย^{[ 5 ]}

CIGS เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบผสมI - III - VI ₂ที่ประกอบด้วยทองแดงอินเดียมแกลเลียมและซีลีเนียมวัสดุนี้เป็นสารละลายของแข็ง ของทองแดงอินเดียมซีลี ไนด์ (มักย่อว่า "CIS") และทองแดงแกลเลียมซีลีไนด์ โดยมีสูตรทางเคมีเป็นCuIn _x Ga _(1−x) Se ₂โดยที่ค่าของ x สามารถแปรผันได้ตั้งแต่ 1 (ทองแดงอินเดียมซีลีไนด์บริสุทธิ์) ถึง 0 (ทองแดงแกลเลียมซีลีไนด์บริสุทธิ์) เป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่มีพันธะแบบเตตระ เฮดรัล โดยมี โครงสร้างผลึกแบบแชลโคไพไรต์ ช่องว่าง พลังงาน จะแปรผันอย่างต่อเนื่องกับค่าxจากประมาณ 1.0 eV (สำหรับทองแดงอินเดียมซีลีไนด์) ถึงประมาณ 1.7 eV (สำหรับทองแดงแกลเลียมซีลีไนด์) ^{[ 6 ]}

CIGS มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับสูงเป็นพิเศษมากกว่า 10 ⁵ /cm สำหรับโฟตอนพลังงาน 1.5 eV และสูงกว่า^{[ 8 ]}เซลล์แสงอาทิตย์ CIGS ที่มีประสิทธิภาพประมาณ 20% ได้รับการอ้างโดยห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ (NREL) ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุแห่งสหพันธรัฐสวิส (Empa) และศูนย์วิจัยพลังงานแสงอาทิตย์และไฮโดรเจนแห่ง เยอรมนี (ZSW) ซึ่งเป็นสถิติสูงสุดจนถึงปัจจุบันสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง [ ^{9 ] [ 10 ] ใน}ปี 2024 มีการอ้างสถิติประสิทธิภาพของ CIGS ที่ 23.64% ^{[ 11 ]}

สารดูดซับ CIGS ประสิทธิภาพสูงทั้งหมดในเซลล์แสงอาทิตย์มีลักษณะคล้ายคลึงกันโดยไม่ขึ้นอยู่กับเทคนิคการผลิต ประการแรก คือเป็นเฟส α แบบผลึกหลายเหลี่ยม ซึ่งมีโครงสร้างผลึกแบบ แชลโคไพไรต์ดังแสดงในรูปที่ 3 ประการที่สอง คือการขาดCu โดยรวม ^{[ 12 ]}การขาด Cu จะเพิ่มความเข้มข้นของตัวพาประจุส่วนใหญ่ (โฮล) โดยการเพิ่มจำนวนช่องว่าง Cu (ที่รับอิเล็กตรอน) เมื่อฟิล์ม CIGS มี In มาก (ขาด Cu) ชั้นผิวของฟิล์มจะก่อตัวเป็นสารประกอบข้อบกพร่องที่มีระเบียบ (ODC) ที่มีสัดส่วนทางเคมีของCu(In,Ga)₃เซ₅ODC เป็นชนิด n โดยสร้างโฮโมจังก์ชัน pn ในฟิล์มที่ส่วนต่อประสานระหว่างเฟส α และ ODC ความเร็วการรวมตัวใหม่ที่ส่วนต่อประสาน CIGS/CdS ลดลงเนื่องจากการมีอยู่ของโฮโมจังก์ชัน การลดลงของการรวมตัวใหม่ที่ส่วนต่อประสานอันเนื่องมาจากการก่อตัวของ ODC ได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองซึ่งแสดงให้เห็นว่าการรวมตัวใหม่ในเนื้อฟิล์มเป็นกลไกการสูญเสียหลักในฟิล์มที่มี Cu ไม่เพียงพอ ในขณะที่ในฟิล์มที่มี Cu มาก การสูญเสียหลักเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน CIGS/CdS ^{[ 12 ] [ 13 ]}

การรวมโซเดียมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับประสิทธิภาพสูงสุด ความเข้มข้นของ Na ที่เหมาะสมถือว่าอยู่ที่ประมาณ 0.1% โดยทั่วไป Na จะถูกจัดหาจาก พื้นผิว แก้วโซดาไลม์แต่ในกระบวนการที่ไม่ได้ใช้พื้นผิวนี้ จะต้องเติม Na เข้าไปโดยเจตนา ผลดีของ Na ได้แก่ การเพิ่มขึ้นของการนำไฟฟ้า แบบ p-type , เนื้อสัมผัสและขนาดเกรนเฉลี่ย นอกจากนี้ การรวม Na ยังช่วยให้สามารถรักษาประสิทธิภาพไว้ได้แม้จะมีค่าเบี่ยงเบนทางเคมี ที่มากขึ้น ^{[ 8 ]}การจำลองได้ทำนายว่า Na บนไซต์ In จะสร้างระดับตัวรับตื้น และ Na ทำหน้าที่กำจัดข้อบกพร่อง In บน Cu (ผู้ให้) แต่เหตุผลสำหรับประโยชน์เหล่านี้ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ Na ยังได้รับการยกย่องว่าช่วยเร่งปฏิกิริยาการดูดซับออกซิเจนออกซิเจนจะทำให้ช่องว่าง Se เป็นกลาง ซึ่งทำหน้าที่เป็นผู้ให้ชดเชยและศูนย์กลางการรวมตัวใหม่

การผสม CIS (CuInSe ₂ ) กับ CGS (CuGaSe ₂ ) จะเพิ่มช่องว่างพลังงาน เพื่อให้ได้ช่องว่างพลังงานที่เหมาะสมสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบรอยต่อเดี่ยวที่ 1.5 eV อัตราส่วน Ga/(In+Ga) ประมาณ 0.7 ถือว่าเหมาะสมที่สุด อย่างไรก็ตาม ที่อัตราส่วนสูงกว่า ~0.3 ประสิทธิภาพของอุปกรณ์จะลดลง ปัจจุบันอุตสาหกรรมตั้งเป้าหมายไว้ที่อัตราส่วน Ga/(In+Ga) 0.3 ซึ่งส่งผลให้ช่องว่างพลังงานอยู่ระหว่าง 1.1 ถึง 1.2 eV ประสิทธิภาพที่ลดลงนั้นสันนิษฐานว่าเป็นผลมาจากการที่ CGS ไม่สร้าง ODC ซึ่งจำเป็นสำหรับอินเทอร์เฟซที่ดีกับ CdS ^{[ 12 ]}

อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดแสดงให้เห็นถึงพื้นผิวที่มีเนื้อสัมผัสมาก หรือ การวางแนว ผลึก ที่ต้องการ การวางแนวพื้นผิว (204) พบได้ในอุปกรณ์คุณภาพดีที่สุด^{[ 8 ]}พื้นผิวดูดซับที่เรียบเป็นที่ต้องการเพื่อเพิ่มอัตราส่วนของพื้นที่ที่ได้รับแสงต่อพื้นที่ของส่วนต่อประสานให้สูงสุด พื้นที่ของส่วนต่อประสานจะเพิ่มขึ้นตามความขรุขระ ในขณะที่พื้นที่ที่ได้รับแสงยังคงที่ ทำให้แรงดันไฟฟ้าวงเปิด (V _OC ) ลดลง การศึกษายังเชื่อมโยงการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของข้อบกพร่องกับการลดลงของ V _OC การรวมตัว ใหม่ใน CIGS ได้รับการแนะนำว่าถูกครอบงำโดยกระบวนการที่ไม่แผ่รังสี ในทางทฤษฎี การรวมตัวใหม่สามารถควบคุมได้โดยการออกแบบฟิล์ม และเป็นสิ่งที่อยู่นอกเหนือวัสดุ^{[ 14 ]}

โครงสร้างอุปกรณ์ที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ CIGS แสดงอยู่ในแผนภาพ(ดูรูปที่ 1: โครงสร้างของอุปกรณ์ CIGS)โดย ทั่วไปจะใช้ กระจกโซดาไลม์ที่มีความหนาประมาณ 1–3  มิลลิเมตรเป็นพื้นผิว เนื่องจากแผ่นกระจกมีโซเดียม ซึ่งแสดงให้เห็นว่าทำให้แรงดันไฟฟ้าวงเปิดเพิ่มขึ้นอย่างมาก^{[ 15 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการลดข้อบกพร่องของพื้นผิวและขอบเกรน^{[ 16 ]}อย่างไรก็ตาม หลายบริษัทกำลังมองหาพื้นผิวที่เบาและยืดหยุ่นกว่า เช่น โพ ลีอิไมด์หรือแผ่นฟอยล์โลหะ^{[ 17 ]} ชั้นโลหะ โมลิบเดนัม (Mo) จะถูกเคลือบ (โดยทั่วไปโดยการสปัตเตอร์ ) ซึ่งทำหน้าที่เป็นหน้าสัมผัสด้านหลังและสะท้อนแสงส่วนใหญ่ที่ไม่ถูกดูดซับกลับเข้าไปในตัวดูดซับ CIGS หลังจากการเคลือบโมลิบเดนัมแล้ว ชั้นดูดซับ CIGS ชนิด pจะถูกสร้างขึ้นโดยวิธีเฉพาะหลายวิธี ชั้นบัฟเฟอร์ ชนิด n บางๆ จะถูกเพิ่มไว้ด้านบนของตัวดูดซับ โดยทั่วไปบัฟเฟอร์จะเป็นแคดเมียมซัลไฟด์ (CdS) ที่ตกตะกอนผ่านกระบวนการตกตะกอนด้วยสารเคมีบัฟเฟอร์นี้จะถูกเคลือบด้วย ชั้น ซิงค์ออกไซด์ แบบบาง (i-ZnO) ซึ่งปิดทับด้วย ชั้น ZnO ที่เจือด้วย อะลูมิเนียม (Al) ที่หนากว่า ชั้น i-ZnO นี้ใช้เพื่อป้องกัน CdS และชั้นดูดซับจากความเสียหายจากการสปัตเตอร์ในขณะที่ทำการตกตะกอนชั้นหน้าต่าง ZnO:Al เนื่องจากชั้นหลังมักจะตกตะกอนโดยการสปัตเตอร์แบบ DC ซึ่งเป็นกระบวนการที่ก่อให้เกิดความเสียหาย^{[ 18 ]} ZnO ที่เจือด้วย Al ทำหน้าที่เป็นออกไซด์นำไฟฟ้าโปร่งใสเพื่อรวบรวมและเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนออกจากเซลล์ในขณะที่ดูดซับแสงให้น้อยที่สุด

วัสดุที่มี CuInSe ₂เป็นส่วนประกอบหลักที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานด้านเซลล์แสงอาทิตย์นั้นประกอบด้วยธาตุหลายชนิดจากหมู่ I, III และ VI ในตารางธาตุ สารกึ่งตัวนำเหล่านี้มีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานด้านพลังงานแสงอาทิตย์เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงสูงและคุณสมบัติทางแสงและไฟฟ้าที่หลากหลาย ซึ่งในทางทฤษฎีแล้วสามารถจัดการและปรับแต่งให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะในอุปกรณ์ที่กำหนดได้^{[ 19 ]}

CIGS ส่วนใหญ่ใช้ในรูปของฟิล์มบางแบบผลึกหลายเหลี่ยม ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดที่ทำได้ ณ เดือนกันยายน 2014 คือ 21.7% ^{[ 20 ]}ทีมงานที่ห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติทำได้ 19.9% ​​ซึ่งเป็นสถิติในขณะนั้น^{[ 21 ]}โดยการปรับเปลี่ยนพื้นผิว CIGS และทำให้ดูเหมือน CIS ^{[ 22 ]}ตัวอย่างเหล่านี้ถูกเคลือบลงบนกระจก ซึ่งหมายความว่าผลิตภัณฑ์ไม่มีความยืดหยุ่นทางกล ในปี 2013 นักวิทยาศาสตร์ที่ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุแห่งสหพันธรัฐสวิสได้พัฒนาเซลล์ CIGS บนฟิล์มโพลีเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้ โดยมีประสิทธิภาพสูงสุดเป็นสถิติใหม่ที่ 20.4% ^{[ 23 ]}ซึ่งแสดงให้เห็นทั้งประสิทธิภาพสูงสุดและความยืดหยุ่นสูงสุด

ห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติของสหรัฐอเมริกายืนยันประสิทธิภาพของโมดูล 13.8% สำหรับแผงผลิตขนาดใหญ่ (ตารางเมตร) และประสิทธิภาพพื้นที่รวม 13% (และประสิทธิภาพพื้นที่ช่องรับแสง 14.2%) สำหรับโมดูลการผลิตบางส่วน^{[ 22 ]}ในเดือนกันยายน 2012 บริษัทManz AG ของเยอรมนี ได้นำเสนอโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ CIGS ที่มีประสิทธิภาพ 14.6% บนพื้นผิวโมดูลทั้งหมดและ 15.9% บนช่องรับแสง ซึ่งผลิตในโรงงานผลิตจำนวนมาก^{[ 24 ]} MiaSolé ได้รับการรับรองประสิทธิภาพพื้นที่ช่องรับแสง 15.7% สำหรับโมดูลการผลิต^{ขนาด 1 ตารางเมตร [ 25 ]}และSolar Frontier อ้างว่ามีประสิทธิภาพ 17.8% สำหรับ โมดูลขนาด 900 ตาราง^{เซนติเมตร[ 26 ]}

ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น (ประมาณ 30%) สามารถทำได้โดยใช้เลนส์เพื่อรวมแสงที่ตกกระทบ การใช้แกลเลียมจะเพิ่มช่องว่างแถบแสงของชั้น CIGS เมื่อเทียบกับ CIS บริสุทธิ์ จึงทำให้แรงดันไฟฟ้าวงเปิดเพิ่มขึ้น^{[ 22 ] [ 27 ]}ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของแกลเลียมเมื่อเทียบกับอินเดียมช่วยลดต้นทุน

แตกต่างจากเซลล์ ซิลิคอนผลึกแบบดั้งเดิมที่ใช้ โครงสร้าง แบบโฮโมจังก์ชันเซลล์ CIGS มีโครงสร้างแบบเฮเทอโรจังก์ชันที่ ซับซ้อนกว่า CIGS เป็นวัสดุ ที่มีแบนด์แกปโดยตรงมีการดูดซับแสงสูงมาก และชั้นที่มีความหนาเพียง 1–2 ไมโครเมตร (μm) ก็เพียงพอที่จะดูดซับแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ได้ ในขณะที่ซิลิคอนผลึกต้องการความหนามากกว่ามากถึงประมาณ 160–190 μm

ชั้น CIGS ที่ใช้งานอยู่สามารถตกตะกอนใน รูปแบบ ผลึก หลายเหลี่ยม โดยตรงบนโมลิบเดนัม (Mo) ที่เคลือบอยู่บนพื้นผิวต่างๆ เช่น แผ่นกระจก แถบเหล็ก และแผ่นพลาสติกที่ทำจากโพลีอิไมด์ วิธีนี้ใช้พลังงานน้อยกว่าการหลอมทรายควอตซ์จำนวนมากในเตาไฟฟ้าและการปลูกผลึกขนาดใหญ่ ซึ่งจำเป็นสำหรับเซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิม จึงช่วยลดระยะเวลาคืนทุนด้านพลังงานได้อย่างมาก นอกจากนี้ พื้นผิวเหล่านี้ยังมีความยืดหยุ่นได้ ต่างจากซิลิคอนผลึก ^{[ 30 ]}

ในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีการแข่งขันสูง ผู้ผลิต CIGS เผชิญกับแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้หลายบริษัทล้มละลายเนื่องจากราคาเซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมลดลง อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์ CIGS มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเซลล์ซิลิคอนแบบมัลติคริสตัลไลน์ ซึ่งเป็นประเภทที่พบได้ทั่วไปมากที่สุด CIGS และ CdTe-PV ยังคงเป็นเทคโนโลยีฟิล์มบางที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์เพียงสองชนิดในตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกที่กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว

ในเซลล์แสงอาทิตย์ "ความบาง" โดยทั่วไปหมายถึงเซลล์ซิลิคอนประสิทธิภาพสูง "รุ่นแรก" ซึ่งผลิตจากเวเฟอร์ขนาดใหญ่ที่มีความหนาหลายร้อยไมโครเมตร^{[ 31 ]}ฟิล์มบางจะลดประสิทธิภาพการรวบรวมแสงลงบ้าง แต่ใช้ปริมาณวัสดุน้อยลง^{[ 32 ]}ใน CIGS การแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพนั้นรุนแรงน้อยกว่าในซิลิคอน ประสิทธิภาพสูงสุดของเซลล์ CIGS แบบฟิล์มบางนั้นต่ำกว่า CIGS สำหรับเซลล์ประสิทธิภาพสูงสุดในระดับห้องปฏิบัติการเล็กน้อย ในปี 2551 ประสิทธิภาพของ CIGS สูงที่สุดเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีฟิล์มบางอื่นๆ เช่นเซลล์แสงอาทิตย์แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) หรือซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si) ^{[ 21 ]}เซลล์แสงอาทิตย์ CIS และ CGS มีประสิทธิภาพพื้นที่รวม 15.0% และ 9.5% ตามลำดับ^{[ 33 ]}ในปี 2558 ช่องว่างกับเทคโนโลยีฟิล์มบางอื่นๆ ได้ถูกปิดลง โดยมีประสิทธิภาพเซลล์สูงสุดเป็นประวัติการณ์ในห้องปฏิบัติการที่ 21.5% สำหรับ CdTe (FirstSolar) และ 21.7% สำหรับ CIGS (ZSW) (ดูแผนภูมิประสิทธิภาพเซลล์วิจัยที่ดีที่สุดของ NRELด้วย^{[ 34 ]} )

กระบวนการที่ใช้ สุญญากาศที่พบได้บ่อยที่สุดคือการระเหยหรือการสปัตเตอร์ร่วมกันของทองแดง แกลเลียม และอินเดียมลงบนพื้นผิวที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นจึงอบฟิล์มที่ได้ด้วยไอระเหยของซีลีไนด์ อีกทางเลือกหนึ่งคือการระเหยร่วมกันของทองแดง แกลเลียม อินเดียม และซีลีเนียมลงบนพื้นผิวที่ให้ความร้อน

กระบวนการทางเลือกที่ไม่ใช้สุญญากาศจะทำการฝากอนุภาคนาโนของ วัสดุ ตั้งต้นลงบนพื้นผิวแล้วทำการเผาผนึกในตำแหน่งเดิมการชุบด้วยไฟฟ้าเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่มีต้นทุนต่ำในการเคลือบชั้น CIGS

ส่วนต่อไปนี้จะอธิบายถึงเทคนิคต่างๆ สำหรับกระบวนการตกตะกอนสารตั้งต้น ซึ่งรวมถึงการสปัตเตอร์ชั้นโลหะที่อุณหภูมิต่ำ การพิมพ์หมึกที่มีอนุภาคนาโนการตกตะกอนด้วยไฟฟ้าและเทคนิคที่ได้รับแรงบันดาลใจจากการเชื่อมแผ่นเวเฟอร์

สภาพแวดล้อมการจัดหาและการเกิดซีลีเนียมมีความสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติและคุณภาพของฟิล์ม เมื่อจัดหาซีลีเนียมในรูปของก๊าซ (เช่นH₂Seหรือซีลีเนียมธาตุ) ที่อุณหภูมิสูง ซีลีเนียมจะถูกรวมเข้ากับฟิล์มโดยการดูดซับและการแพร่กระจายในภายหลัง ในขั้นตอนนี้เรียกว่าการเกิดแคลโคเจนไนเซชัน จะเกิดปฏิกิริยาที่ซับซ้อนเพื่อสร้างแค_ลโคเจนไนด์ ปฏิกิริยาเหล่านี้รวมถึงการก่อตัวของโลหะผสม ระหว่าง Cu-In-Ga การก่อตัวของสารประกอบไบนารีโลหะ-ซีลีไนด์ระดับกลาง และการแยกเฟสของสารประกอบ CIGS ที่มีสัดส่วนทางเคมีต่างๆ เนื่องจากความหลากหลายและความซับซ้อนของปฏิกิริยา คุณสมบัติของฟิล์ม CIGS จึงควบคุมได้ยาก^{[ 8 ]}

แหล่งกำเนิดซีลีเนียมมีผลต่อคุณสมบัติของฟิล์มที่ได้ H₂Se _ช่วยให้การรวมตัวของซีลีเนียมในสารดูดซับเกิดขึ้นเร็วที่สุด โดยสามารถบรรลุความเข้มข้นของซีลีเนียม 50% ในฟิล์ม CIGS ได้ที่อุณหภูมิต่ำเพียง 400 °C ในขณะที่ซีลีเนียมธาตุจะรวมตัวได้อย่างสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อใช้อุณหภูมิปฏิกิริยาสูงกว่า 500 °C เท่านั้น ฟิล์มที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าจากซีลีเนียมธาตุจะมีซีลีเนียมไม่เพียงพอ แต่มีหลายเฟสรวมถึงโลหะซีลีไนด์และโลหะ ผสมต่างๆ การใช้ H₂Se _ให้ความสม่ำเสมอขององค์ประกอบที่ดีที่สุดและขนาดเกรนที่ใหญ่ที่สุด อย่างไรก็ตาม H₂Se _มีความเป็นพิษสูงและจัดเป็นอันตราย ต่อสิ่งแวดล้อม

ในวิธีการนี้ ฟิล์มโลหะที่ประกอบด้วย Cu, In และ Ga จะถูกพ่นด้วยวิธีสปัตเตอร์ที่อุณหภูมิห้องหรือใกล้เคียง และทำปฏิกิริยาในบรรยากาศ Se ที่อุณหภูมิสูง กระบวนการนี้มีอัตราการผลิตสูงกว่าวิธีการระเหยร่วม และสามารถทำให้องค์ประกอบมีความสม่ำเสมอได้ง่ายกว่า

การสปัตเตอร์โลหะหลายชั้นซ้อนกัน – ตัวอย่างเช่น โครงสร้าง Cu/In/Ga/Cu/In/Ga... – ทำให้พื้นผิวเรียบขึ้นและมีผลึกที่ดีขึ้นในตัวดูดซับเมื่อเทียบกับการสปัตเตอร์แบบสองชั้นธรรมดา (โลหะผสม Cu-Ga/In) หรือสามชั้น (Cu/In/Ga) คุณสมบัติเหล่านี้ส่งผลให้อุปกรณ์มีประสิทธิภาพสูงขึ้น แต่การสร้างหลายชั้นเป็นกระบวนการตกตะกอนที่ซับซ้อนกว่าและไม่คุ้มค่ากับอุปกรณ์เพิ่มเติมหรือความซับซ้อนของกระบวนการที่เพิ่มขึ้น^{[ 12 ]}นอกจากนี้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาของชั้น Cu/Ga และ Cu/In กับ Se ก็แตกต่างกัน หากอุณหภูมิปฏิกิริยาไม่สูงพอหรือไม่คงไว้นานพอ CIS และ CGS จะก่อตัวเป็นเฟสแยกกัน

บริษัทต่างๆ ที่ใช้กระบวนการที่คล้ายกันในปัจจุบัน ได้แก่ Showa Shell, Avancis , Miasolé , Honda Soltec และ Energy Photovoltaics (EPV) ^{[ 35 ]} Showa Shell ใช้เทคนิคการสปัตเตอร์เพื่อสร้างชั้นโลหะผสม Cu-Ga และชั้น In ตามด้วยกระบวนการซีลีไนเซชันใน H2Se _และซัลฟิวไรเซชันใน H2S _ขั้น ตอนซัลฟิ วไรเซชันดูเหมือนจะทำให้พื้นผิวเฉื่อยในลักษณะที่คล้ายกับ CdS ในเซลล์อื่นๆ ส่วนใหญ่ ดังนั้นชั้นบัฟเฟอร์ที่ใช้จึงปราศจาก Cd ซึ่งช่วยขจัดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจาก Cd Showa Shell รายงานประสิทธิภาพโมดูลสูงสุดที่ 13.6% โดยเฉลี่ย 11.3% สำหรับพื้นผิว^{ขนาด 3600 cm2 [ 17 ]} Shell Solar ใช้เทคนิคเดียวกันกับ Showa Shell ในการสร้างตัวดูดซับ อย่างไรก็ตาม ชั้น CdS ของพวกเขามาจากกระบวนการตกตะกอนไอสารเคมี โมดูลที่จำหน่ายโดย Shell Solar อ้างว่ามีประสิทธิภาพโมดูล 9.4%

Miasole ได้จัดหาเงินทุนร่วมลงทุนสำหรับกระบวนการและการขยายขนาด โมดูลประสิทธิภาพรูรับแสง 17.4% ที่เป็นสถิติสูงสุดได้รับการยืนยันโดย Fraunhofer ในปี 2019 ^{[ 36 ]}

EPV ใช้กระบวนการผสมผสานระหว่างการระเหยร่วมและการสปัตเตอร์ โดยที่อินเดียมและแกลเลียมจะถูกระเหยในบรรยากาศซีลีเนียม จากนั้นตามด้วยการสปัตเตอร์ทองแดงและการซีลีไนเซชัน สุดท้าย อินเดียมและแกลเลียมจะถูกระเหยอีกครั้งในที่ที่มีซีลีเนียม จากการวัดด้วยวิธีฮอลล์ ฟิล์มเหล่านี้มีความเข้มข้นของพาหะต่ำและมีความคล่องตัวค่อนข้างสูง ฟิล์ม EPV มีความเข้มข้นของข้อบกพร่องต่ำ

ในวิธีนี้ อนุภาคนาโนโลหะหรือโลหะออกไซด์ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการเจริญเติบโตของ CIGS โดยทั่วไปอนุภาคนาโนเหล่านี้จะถูกแขวนลอยในสารละลายที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบหลัก จากนั้นจึงนำไปใช้กับพื้นที่ขนาดใหญ่ด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การพิมพ์ ฟิล์มจะถูกทำให้แห้ง และหากสารตั้งต้นเป็นโลหะออกไซด์ จะถูกรีดิวซ์ในบรรยากาศ H2 _/ N2 _{หลังจาก}ทำให้แห้งแล้ว ฟิล์มที่มีรูพรุนที่เหลืออยู่จะถูกเผาผนึกและซีลีไนซ์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 400 °C ^{[ 12 ] [ 14 ] [ 37 ]}

NanosolarและInternational Solar Electric Technology (ISET) พยายามขยายกระบวนการนี้แต่ไม่สำเร็จ^{[ 17 ]} ISET ใช้อนุภาคออกไซด์ ในขณะที่ Nanosolar ไม่ได้กล่าวถึงหมึกของตน ข้อดีของกระบวนการนี้ได้แก่ ความสม่ำเสมอในพื้นที่ขนาดใหญ่ อุปกรณ์ที่ไม่ใช้สุญญากาศหรือใช้สุญญากาศต่ำ และความสามารถในการปรับให้เข้ากับ การผลิต แบบม้วนต่อม้วนเมื่อเปรียบเทียบกับชั้นสารตั้งต้นโลหะแบบแผ่น อนุภาคนาโนที่ผ่านการเผาผนึกจะเกิดซีลีไนซ์ได้เร็วกว่า อัตราที่เพิ่มขึ้นเป็นผลมาจากพื้นที่ผิวที่มากขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับความพรุน ความพรุนทำให้พื้นผิวดูดซับหยาบขึ้น การใช้สารตั้งต้นที่เป็นอนุภาคช่วยให้สามารถพิมพ์บนพื้นผิวได้หลากหลายชนิดโดยมีการใช้ประโยชน์จากวัสดุ 90% หรือมากกว่านั้น มีการวิจัยและพัฒนาเพียงเล็กน้อยที่สนับสนุนเทคนิคนี้

Nanosolar รายงานประสิทธิภาพของเซลล์ (ไม่ใช่โมดูล) ที่ 14% อย่างไรก็ตาม ข้อมูลนี้ไม่ได้รับการตรวจสอบโดย การทดสอบ จากห้องปฏิบัติการระดับชาติ ใดๆ และไม่ได้อนุญาตให้มีการตรวจสอบในสถานที่ ในการทดสอบอิสระ^{[ 14 ]}ตัวดูดซับของ ISET มีประสิทธิภาพต่ำเป็นอันดับสองที่ 8.6% อย่างไรก็ตาม โมดูลทั้งหมดที่เหนือกว่าโมดูลของ ISET นั้นใช้กระบวนการระเหยร่วม ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีข้อเสียในการผลิตและต้นทุนที่สูงกว่า ตัวอย่างของ ISET ได้รับผลกระทบมากที่สุดจากค่า V _OC ต่ำ และค่า fill factor ต่ำ ซึ่งบ่งชี้ถึงพื้นผิวที่หยาบและ/หรือจำนวนข้อบกพร่องสูงที่ช่วยในการรวมตัวกันใหม่ ที่เกี่ยวข้องกับปัญหาเหล่านี้ ฟิล์มมีคุณสมบัติการขนส่งที่ไม่ดี รวมถึงค่าการเคลื่อนที่ของฮอลล์ต่ำและอายุการใช้งานของตัวพาประจุสั้น

สารตั้งต้นสามารถถูกตกตะกอนได้ด้วยวิธีการตกตะกอนด้วยไฟฟ้า มีสองวิธีการหลัก ได้แก่ การตกตะกอนโครงสร้างชั้นของธาตุ และการตกตะกอนธาตุทั้งหมดพร้อมกัน (รวมถึงซีลีเนียม) ทั้งสองวิธีต้องใช้การอบชุบด้วยความร้อนในบรรยากาศซีลีเนียมเพื่อให้ได้ฟิล์มที่มีคุณภาพสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากวิธีการตกตะกอนด้วยไฟฟ้าต้องใช้ขั้วไฟฟ้า ที่เป็นตัวนำ ดังนั้นแผ่นโลหะจึงเป็นวัสดุรองรับที่เหมาะสม การตกตะกอนชั้นของธาตุด้วยไฟฟ้าคล้ายกับการสปัตเตอร์ชั้นของธาตุ

การตกตะกอนพร้อมกันใช้อิเล็กโทรดทำงาน ( แคโทด ) อิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ ( แอโนด ) และอิเล็กโทรดอ้างอิงดังแสดงในรูปที่ 4 ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมจะใช้แผ่นฟอยล์โลหะเป็นอิเล็กโทรดทำงาน วัสดุเฉื่อยทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ และอิเล็กโทรดอ้างอิงทำหน้าที่วัดและควบคุมศักย์ไฟฟ้า อิเล็กโทรดอ้างอิงช่วยให้สามารถดำเนินการกระบวนการแบบโพเทนซิโอสแตติกได้ ทำให้สามารถควบคุมศักย์ไฟฟ้าของพื้นผิวได้^{[ 12 ]}

การชุบโลหะด้วยไฟฟ้าพร้อมกันต้องเอาชนะข้อเท็จจริงที่ว่าศักยภาพการลดมาตรฐานของธาตุต่างๆ ไม่เท่ากัน ซึ่งทำให้เกิดการตกตะกอนของธาตุใดธาตุหนึ่งมากกว่าอีกธาตุหนึ่ง ปัญหานี้มักแก้ไขได้โดยการเติมไอออนที่ตรงข้ามลงในสารละลายสำหรับแต่ละไอออนที่จะตกตะกอน (Cu²⁺ ^, Se⁴⁺ ^, In³⁺ ^และ Ga³⁺ ⁾ซึ่งจะเปลี่ยนศักยภาพการลดของไอออนนั้น นอกจากนี้ ระบบ Cu-Se ยังมีพฤติกรรมที่ซับซ้อน และองค์ประกอบของฟิล์มขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการไหลของไอออน Se⁴⁺/Cu²⁺ ซึ่งอาจแตกต่างกันไปทั่วพื้นผิวฟิล์ม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับความเข้มข้นของสาร^{ตั้งต้น}และ^{ศักยภาพ}การตกตะกอนให้เหมาะสม แม้จะปรับให้เหมาะสมแล้ว ความสามารถในการทำซ้ำก็ยังต่ำในพื้นที่ขนาดใหญ่เนื่องจากความแปรปรวนขององค์ประกอบและการลดลงของศักยภาพตามพื้นผิว

ฟิล์มที่ได้จะมีเกรนขนาดเล็ก มีปริมาณทองแดงสูง และโดยทั่วไปจะมีเฟส Cu _2−x Se _xพร้อมกับสิ่งเจือปนจากสารละลาย จำเป็นต้องทำการอบชุบความ ร้อนเพื่อปรับปรุงความเป็นผลึก สำหรับประสิทธิภาพที่สูงกว่า 7% จำเป็นต้องมีการแก้ไขสัดส่วนทางเคมี การแก้ไขดังกล่าวเดิมทำโดยวิธีการตกตะกอนไอระเหยทางกายภาพที่อุณหภูมิสูง ซึ่งไม่เหมาะสมในอุตสาหกรรม

ปัจจุบัน Solopowerผลิตเซลล์ที่มีประสิทธิภาพการแปลงมากกว่า 13.7% ตามข้อมูลของ NREL ^{[ 38 ]}

ในกระบวนการนี้ ฟิล์มพรีเคอร์เซอร์สองชนิดที่แตกต่างกันจะถูกเคลือบแยกกันบนพื้นผิวและแผ่นซุปเปอร์สเตรต จากนั้นฟิล์มทั้งสองจะถูกกดเข้าด้วยกันและให้ความร้อนเพื่อแยกฟิล์มออกจากแผ่นซุปเปอร์สเตรตที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ทำให้เหลือสารดูดซับ CIGS อยู่บนพื้นผิว (รูปที่ 5) บริษัท Heliovoltได้จดสิทธิบัตรกระบวนการนี้และตั้งชื่อว่ากระบวนการ FASST โดยหลักการแล้ว สามารถเคลือบพรีเคอร์เซอร์ได้ที่อุณหภูมิต่ำโดยใช้เทคนิคการเคลือบต้นทุนต่ำ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของโมดูล อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์รุ่นแรกๆ ใช้กรรมวิธี PVD ที่อุณหภูมิสูงกว่าและไม่สามารถลดต้นทุนได้อย่างเต็มที่ ในอนาคตอาจสามารถใช้พื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้ในกระบวนการนี้

คุณลักษณะทั่วไปของฟิล์มยังไม่เป็นที่รู้จักภายนอกบริษัท เนื่องจากไม่มีการวิจัยใด ๆ ที่ดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการอิสระที่ได้รับทุนสนับสนุน อย่างไรก็ตาม Heliovolt อ้างว่าประสิทธิภาพเซลล์สูงสุดอยู่ที่ 12.2%

การระเหยร่วม หรือการตกตะกอนร่วม เป็นเทคนิคการผลิต CIGS ที่พบได้บ่อยที่สุด กระบวนการระเหยร่วมของ โบอิ้งจะตกตะกอนชั้นคู่ของ CIGS ที่มีอัตราส่วนทางเคมีต่างกันลงบนพื้นผิวที่ให้ความร้อน และปล่อยให้ชั้นต่างๆ ผสมกัน

NREL ได้พัฒนาอีกกระบวนการหนึ่งซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการตกตะกอนสามขั้นตอนและผลิต CIGS ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในปัจจุบันที่ 20.3% ขั้นตอนแรกในวิธีการของ NREL คือการตกตะกอนร่วมของ In, Ga และ Se ตามด้วยการตกตะกอน Cu และ Se ที่อุณหภูมิสูงขึ้นเพื่อให้เกิดการแพร่กระจายและการผสมผสานของธาตุต่างๆ ในขั้นตอนสุดท้าย จะมีการตกตะกอน In, Ga และ Se อีกครั้งเพื่อให้องค์ประกอบโดยรวมขาด Cu ^{[ 12 ]}

Würth Solarเริ่มผลิตเซลล์ CIGS โดยใช้ระบบการระเหยร่วมแบบอินไลน์ในปี 2548 โดยมีประสิทธิภาพของโมดูลอยู่ระหว่าง 11% ถึง 12% พวกเขาเปิดโรงงานผลิตอีกแห่งและดำเนินการปรับปรุงประสิทธิภาพและผลผลิตอย่างต่อเนื่อง บริษัทอื่นๆ ที่ขยายขนาดกระบวนการระเหยร่วม ได้แก่Global SolarและAscent Solar [ ^{35 ] Global} Solar ใช้กระบวนการตกตะกอนแบบสามขั้นตอนแบบอินไลน์ ในทุกขั้นตอน Se จะถูกจัดหาในปริมาณที่มากเกินไปในเฟสไอ In และ Ga จะถูกระเหยก่อน ตามด้วย Cu และจากนั้น In และ Ga เพื่อทำให้ฟิล์มมี Cu น้อยลง ฟิล์มเหล่านี้มีประสิทธิภาพค่อนข้างดีเมื่อเทียบกับผู้ผลิตรายอื่นและตัวดูดซับที่ปลูกที่ NREL และสถาบันการแปลงพลังงาน (IEC) ^{[ 14 ]}อย่างไรก็ตาม โมดูลของฟิล์ม Global Solar มีประสิทธิภาพไม่ดีเท่าที่ควร คุณสมบัติที่โมดูลมีประสิทธิภาพต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัดที่สุดคือ V _OC ต่ำ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของความหนาแน่นของข้อบกพร่องสูงและความเร็วในการรวมตัวใหม่สูง ชั้นดูดซับของ Global Solar มีประสิทธิภาพเหนือกว่าชั้นดูดซับของ NREL ในด้านอายุการใช้งานของพาหะและค่าการเคลื่อนที่ของฮอลล์ อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาเป็นเซลล์ที่ประกอบเสร็จแล้ว ตัวอย่างของ NREL มีประสิทธิภาพดีกว่า นี่เป็นหลักฐานบ่งชี้ว่าส่วนต่อประสาน CIGS/CdS มีคุณภาพต่ำ อาจเป็นเพราะฟิล์มของ Global Solar ขาดชั้นพื้นผิว ODC

ข้อเสียได้แก่ ปัญหาเรื่องความสม่ำเสมอในพื้นที่ขนาดใหญ่และความยากลำบากที่เกี่ยวข้องกับการระเหยร่วมขององค์ประกอบในระบบอินไลน์ นอกจากนี้ อุณหภูมิการเติบโตที่สูงยังทำให้งบประมาณด้านความร้อนและต้นทุนสูงขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น การระเหยร่วมยังประสบปัญหาจากการใช้ประโยชน์จากวัสดุต่ำ (การตกตะกอนบนผนังห้องแทนที่จะเป็นพื้นผิว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับซีลีเนียม) และอุปกรณ์สุญญากาศที่มีราคาแพง^{[ 17 ] [ 37 ]}วิธีหนึ่งในการเพิ่มการใช้ประโยชน์จาก Se คือผ่านกระบวนการแตกตัวของซีลีเนียมที่เพิ่มประสิทธิภาพด้วยความร้อนหรือพลาสมา^{[ 39 ] [ 40 ]}ซึ่งสามารถเชื่อมโยงกับแหล่งกำเนิดลำแสงไอออนสำหรับการตกตะกอนที่ช่วยด้วยลำแสงไอออน^{[ 41 ]}

การตกตะกอนไอสารเคมี (CVD) ได้ถูกนำมาใช้ในหลายวิธีสำหรับการตกตะกอน CIGS กระบวนการต่างๆ ได้แก่ การตกตะกอนไอสารเคมีอินทรีย์โลหะที่ความดันบรรยากาศ (AP- MOCVD ), การตกตะกอนไอสารเคมีที่เสริมด้วยพลาสมา ( PECVD ), การตกตะกอนไอสารเคมีอินทรีย์ที่ความดันต่ำ (LP-MOCVD) และการตกตะกอนไอสารเคมีอินทรีย์ที่ช่วยด้วยละอองลอย (AA-MOCVD) งานวิจัยกำลังพยายามเปลี่ยนจากสารตั้งต้นจากสองแหล่งไปเป็นสารตั้งต้นจากแหล่งเดียว^{[ 12 ]}สารตั้งต้นจากหลายแหล่งจะต้องผสมกันอย่างสม่ำเสมอ และอัตราการไหลของสารตั้งต้นจะต้องรักษาให้อยู่ในสัดส่วนที่เหมาะสม วิธีการใช้สารตั้งต้นจากแหล่งเดียวไม่มีข้อเสียเหล่านี้ และควรจะช่วยให้ควบคุมองค์ประกอบของฟิล์มได้ดีขึ้น

ณ ปี 2014 กระบวนการ CVD ยังไม่ได้ถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์ CIGS ในเชิงพาณิชย์ ฟิล์มที่ผลิตด้วย CVD มีประสิทธิภาพต่ำและค่า V _OC ต่ำ ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากความเข้มข้นของข้อบกพร่องที่สูง นอกจากนี้ พื้นผิวฟิล์มโดยทั่วไปค่อนข้างหยาบ ซึ่งยิ่งทำให้ค่า V _OC ลดลงไปอีก อย่างไรก็ตาม การขาดแคลน Cu ที่จำเป็นได้เกิดขึ้นแล้วโดยใช้ AA-MOCVD ร่วมกับการวางแนวผลึก (112)

อุณหภูมิในการตกตะกอนด้วยวิธี CVD นั้นต่ำกว่าอุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการอื่นๆ เช่น การระเหยร่วมและการซีลีไนเซชันของสารตั้งต้นโลหะ ดังนั้น CVD จึงมีงบประมาณด้านความร้อนและต้นทุนที่ต่ำกว่า ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นในการผลิต ได้แก่ ความยากลำบากในการเปลี่ยน CVD ให้เป็นกระบวนการแบบต่อเนื่อง ตลอดจนค่าใช้จ่ายในการจัดการสารตั้งต้นที่ระเหยง่าย

ฟิล์ม CIS สามารถผลิตได้โดย การตกตะกอน ด้วยไฟฟ้าสเปรย์ เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการพ่นหมึกที่มีอนุภาคนาโน CIS ลงบนพื้นผิวโดยตรงโดยใช้สนามไฟฟ้าช่วย จากนั้นจึงทำการเผาผนึกในสภาพแวดล้อมเฉื่อย^{[ 42 ]}ข้อได้เปรียบหลักของเทคนิคนี้คือกระบวนการเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง และสามารถเชื่อมโยงกระบวนการนี้กับระบบการผลิตแบบต่อเนื่องหรือแบบจำนวนมาก เช่น กลไกการผลิตแบบม้วนต่อม้วน^{[ 43 ]}

แนวคิดของการเคลือบพื้นผิวด้านหลังสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ CIGS แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพ แนวคิดการเคลือบด้านหลังนี้ได้มาจากเทคโนโลยีการเคลือบของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอน^{[ 44 ]} โดยใช้ Al ₂ O ₃และ SiO ₂เป็นวัสดุเคลือบ จุดสัมผัสขนาดนาโนบนชั้น Al ₂ O ₃ ^{[ 45 ]}และจุดสัมผัสแบบเส้นบนชั้น SiO2 ^{[ 46 ]}ช่วยให้เกิดการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าของตัวดูดซับ CIGS กับอิเล็กโทรดโมลิบเดนัมด้านหลัง จุดสัมผัสบนชั้น Al ₂ O ₃ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ลิโทกราฟีด้วยลำแสงอิเล็กตรอน และจุดสัมผัสแบบเส้นบนชั้น SiO2 ถูกสร้างขึ้นโดยใช้โฟโตลิโทกราฟี นอกจากนี้ยังพบว่าการนำชั้นเคลือบมาใช้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงสัณฐานวิทยาของชั้น CIGS

เซลล์แสงอาทิตย์ CIGS มีความทนทานต่อรังสีสูง ทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานในอวกาศ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการฉายรังสีอิเล็กตรอนส่งผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์^{[ 47 ] [ 48 ]}ในทางกลับกัน การฉายรังสีโปรตอนในปริมาณสูงจะทำให้คุณสมบัติทางแสงและทางไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ CIGS เสื่อมลง โดยส่วนใหญ่เกิดจากการเหนี่ยวนำให้เกิดข้อบกพร่องที่ลดประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและเพิ่มการสูญเสียจากการรวมตัวใหม่^{[ 49 ] [ 50 ]}อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์ CIGS แสดงให้เห็นถึงความสามารถที่โดดเด่นในการฟื้นตัวจากความเสียหายจากการฉายรังสีผ่านการอบด้วยความร้อน กระบวนการนี้ช่วยให้การซ่อมแซมข้อบกพร่อง ฟื้นฟูคุณสมบัติทางแสงและประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ให้ใกล้เคียงกับระดับก่อนการฉายรังสี ผลของการซ่อมแซมตัวเองนี้เกิดจากเคมีของข้อบกพร่องที่ยืดหยุ่นของวัสดุ ทำให้สามารถเคลื่อนย้ายอะตอมกลับไปยังตำแหน่งเดิมได้ที่อุณหภูมิปานกลาง ซึ่งเข้ากันได้กับสภาพแวดล้อมในอวกาศ^{[ 51 ]}

• รายชื่อบริษัทในเครือ CIGS
• ซีซีทีเอส

• ฐานข้อมูลสิ่งพิมพ์ การนำเสนอ และข่าวสารเกี่ยวกับคอปเปอร์อินเดียมไดซีลีไนด์ของห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ
• แผงโซลาร์เซลล์ CIGS ที่ใหญ่ที่สุดในโลก เริ่มใช้งานแล้วในรัฐแอริโซนา
• ไมเคิล คาเนลโลส ซิลิคอน vs. CIGS: ประเด็นสำคัญเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์ 2 ตุลาคม 2549 CNET News.com
• CIGS จะกลายเป็นเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางหลักภายในปี 2020