Đề tài Mô phỏng một chiều hoạt động của một pin mặt trời thế hệ mới loại màng mỏng với lớp hấp thụ CIGS (Cu- In1-x-GaxSe2)

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 - KHÁI QUÁT VỀ PMT MÀNG MỎNG THẾ HỆ MỚI DỰA TRÊN LỚP HẤP THỤ CuIn1-xGaxSe2 (CIGS) 5 1.1 Lịch sử phát triển 5 1.2 Những thách thức đặt ra 7 1.3 Cấu trúc cơ bản và các tham số đặc trưng 9 1.3.1 Cấu trúc cơ bản của PMT 9 1.3.2 Các đặc trưng về hiệu năng hoạt động của PMT màng mỏng CIGS 10 1.4 Một số phương pháp chế tạo lớp hấp thụ CIGS 12 1.4.1 Đồng bốc bay từ các nguồn nguyên tố 12 1.4.2 Selen hóa của các lớp bán vật liệu dạng kim loại 13 1.4.3 Lắng đọng hơi hóa học 13 1.4.4 Các phương pháp pha lỏng nhiệt độ thấp 14 CHƯƠNG 2 - CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MỘTCHIỀU AMPS – 1D (Analysis of Microelectronic and Photonic Structures) 15 2.1 Phương trình Poisson 15 2.1.1 Nồng độ điện tử tự do và nồng độ lỗ trống tự do 16 2.1.2 Nồng độ trạng thái định xứ (ND+, NA-, pt, nt) 18 2.1.3 Nồng độ các mức sai hỏng (nt và pt) 22 2.2.1 Mật độ dòng điện tử và mật độ dòng lỗ trống (Jn và Jp) 23 2.2.2 Quá trình tái hợp của hạt dẫn 24 CHƯƠNG 3 - CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MỘT CHIỀU AMPS – 1D 26 3.1 Các tham số cơ bản 26 3.1.1 Điều kiện môi trường 26 3.1.2 Cấu trúc mô hình. 29 3.2 Tính chất chung. 30 3.2.1 Điều kiện ban đầu, hệ số phản xạ mặt trước và sau 30 3.2.2 Hệ số phản xạ 30 3.2.3 Sự tái hợp bề mặt 31 3.3 Tính chất của các lớp 31 3.3.1 Tốc độ hạt tải và mối liên hệ với mật độ trạng thái 32 3.3.2 Nồng độ hạt tải 33 3.3.3 Sự dịch chuyển năng lượng giữa các lớp (chuyển tiếp dị chất) 33 3.3.4 Hệ số hấp thụ 35 3.4 Các trạng thái sai hỏng 35 3.4.1 Mật độ trạng thái sai hỏng trung hoà và ion hoá 37 3.4.2 Sự phân bố sai hỏng 38 CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 4.1 Ảnh hưởng của hệ số phản xạ mặt trước 39 4.2 Ảnh hưởng của độ chênh lệch năng lượng đáy vùng dẫn (∆ EC) tại mặt tiếp xúc giữa các lớp 43 4.3 Ảnh hưởng của độ dầy của lớp hấp thụ CIGS 46 4.4 Ảnh hưởng của độ rộng vùng cấm Eg của lớp hấp thụ CIGS 49 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 MỞ ĐẦU Mặc dù hiệu ứng quang điện được phát hiện vào giữa thế kỷ 19 nhưng cho đến 100 năm sau các nhà khoa học vẫn chưa chế tạo được một pin mặt trời (PMT) nào có tính khả thi. Thử nghiệm đầu tiên về PMT dựa trên Silic do Chapin, Fuller và Pearson thực hiện tại phòng thí nghiệm Bell vào năm 1954 với hiệu suất chuyển đổi là 6 %. Cùng với thời gian, các nhà khoa học đã không ngừng sáng tạo và phát triển để nâng cao hiệu suất chuyển đổi của PMT. Tính cho đến nay, PMT dựa trên hiệu ứng quang điện đã trải qua ba thế hệ. Thế hệ đầu tiên là các pin mặt trời dựa trên Si mà sản phẩm của nó đang là loại phổ biến nhất. Thế hệ thứ hai là PMT loại màng mỏng CIGS. Hầu hết, các nghiên cứu của loại pin này đang tiếp cận với sản xuất quy mô lớn và giá thành thấp. Thế hệ thứ ba là một nhóm các công nghệ mới chưa được triển khai trên quy mô lớn nhưng hứa hẹn tiềm năng về hiệu suất chuyển đổi và giá thành. Cho đến nay, các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu, sáng tạo và phát triển công nghệ tiên tiến nhằm tạo ra các linh kiện đa chức năng với tốc độ xử lí ngày càng cao. Bên cạnh đó, các kỹ thuật tổng hợp vật liệu cũng phát triển nhanh chóng, trong đó công nghệ chế tạo màng mỏng đang ngày càng được quan tâm chú ý bởi các tính chất quý báu và khả năng thu nhỏ kích thước các linh kiện điện tử. Vì vậy, PMT thế hệ mới dựa trên lớp hấp thụ là màng mỏng chất bán dẫn CuIn1-xGaxSe2 (CIGS) đang là một hướng nghiên cứu được các nhà khoa học trên thế giới rất quan tâm. Với đặc tính là màng mỏng, loại pin mặt trời này có rất nhiều ưu điểm nổi bật so với loại cổ điển dựa trên silic như: giá thành thấp, nhẹ, bền vững, có thể làm trên loại đế có thể uốn cong, đặc biệt các lớp có thể được chế tạo liên tục thành một panel hoàn chỉnh với kích thước lớn. Trong phòng thí nghiệm, hiệu suất chuyển đổi năng lượng kỷ lục của một pin mặt trời thế hệ mới loại màng mỏng CIGS là 19,9 % cho một mẫu nhỏ. Ở quy mô sản xuất thử, hiệu suất chuyển đổi năng lượng thu được khoảng 13 - 15% cho một panel kích thước 60 x 90 cm2 [13]. Ở Việt Nam, hướng nghiên cứu về PMT thế hệ mới loại màng mỏng CIGS đang được một nhóm các nhà khoa học tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp, khoa Vật Lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội tiến hành. Mục tiêu của bài khoá luận này là xác định mối liên hệ tính chất của các lớp và hệ số phản xạ mặt trước lên hiệu năng hoạt động của một pin, nhằm hiểu rõ hơn cơ chế nâng cao phẩm chất của pin. Đây chính là những bước đầu tiên chuẩn bị về kiến thức và phương pháp chế tạo để đưa ra khả năng sản xuất các PMT hoàn chỉnh với quy mô sản xuất thử. Phương pháp nghiên cứu chính của đề tài là các tính toán mô phỏng hoạt động của một cấu trúc pin hoàn chỉnh với các thông số đầu vào được chọn một cách thích hợp, chủ yếu thu được từ các tính toán thực nghiệm. Các kết quả mô phỏng sẽ là cơ sở cho việc thiết kế cấu trúc, định hướng cho quy trình công nghệ chế tạo. CHƯƠNG 1KHÁI QUÁT VỀ PMT MÀNG MỎNG THẾ HỆ MỚI DỰA TRÊN LỚP HẤP THỤ CuIn1-xGaxSe2 (CIGS) Lịch sử phát triển Hiện nay, năng lượng đang là vấn đề thời sự của mọi quốc gia. Từ trước tới nay, con người vẫn sử dụng nguồn năng lượng sẵn có nguồn gốc từ các hóa thạch như: than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên... Những nguồn năng lượng này đang có nguy cơ cạn kiệt và có khả năng không đủ đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người. Bên cạnh đó, ở cuối thế kỉ 21, sự nóng lên toàn cầu làm tăng nhiệt độ trung bình của khí quyển trái đất lên 1,4 oC – 5,8 oC. Việc hướng tới một dạng năng lượng sạch, với một ít hoặc không có sự phát xạ sẽ là một trong những thử thách lớn của thế kỷ XXI. Một sự nỗ lực đầy hứa hẹn là sự ứng dụng hiệu ứng quang điện để tận dụng một lượng lớn năng lượng mà trái đất nhận được mỗi giây từ mặt trời[12]. Hội nghị năng lượng mới toàn cầu tại Born năm 2004 đã khẳng định quyết tâm của thế giới thay thế 20 % năng lượng điện truyền thống bằng nguồn năng lượng mới trong đó có điện mặt trời vào năm 2020. Trong khi một vài công nghệ đã được ứng dụng để thu được hiệu suất cao hơn thì thành công tốt nhất là màng mỏng từ tế bào năng lượng mặt trời. Thiết bị đó được chế tạo bởi công nghệ lắng đọng không tốn kém dựa trên những chất nền không đắt. Vì vậy, chúng có tiềm năng để trở thành nguồn năng lượng có sức cạnh tranh về mặt kinh tế trong thập kỷ sau. PMT thế hệ mới dựa trên lớp hấp thụ CuIn1-xGaxSe2 (CIGS) đã đạt được hiệu quả cao nhất trong tất cả những màng mỏng tế bào năng lượng mặt trời. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng pin mặt trời kỷ lục cho đến nay là 19,9 %. Pin mặt trời ngày nay Công nghiệp quang điện đã trở thành một sản phẩm thương mại trị giá hàng tỷ đô la, sản phẩm quang điện đã vượt qua 1GW trong thời gian đầu năm 2004 và người ta hy vọng nó sẽ vượt qua 3GW vào năm 2010. Thị trường đã tăng với tốc độ kép trong vài năm gần đây (20% – 40% mỗi năm). Giá cả được đưa ra trong phạm vi đô la trên một Watt peak ($/Wp) và vẫn tiếp tục giảm, xấp xỉ với đường cong nghiên cứu là 80% [11]. Đường cong nghiên cứu là hình chỉ ra dưới đây. Khi sản lượng tăng lên đến 100 % thì giá thành chỉ tương đương giá nhiên liêu hóa thạch. Chúng ta hi vọng điều này sẽ xảy ra trong khoảng 15 năm nữa. Công nghệ Silicon tinh thể quang điện là cơ sở cho PMT nhưng giá cả nguyên vật liệu đắt hơn rất nhiều. Như vậy, các PMT màng mỏng sẽ trở thành ứng cử viên nhiều hứa hẹn hơn cho nền sản xuất PMT với số lượng lớn.
Hình 1: Quá trình phát triển của pin mặt trời Các PMT loại màng mỏng CIGS có lợi thế đáng kể về giá cả bởi vì các đường cong nghiên cứu bắt đầu từ một mức thấp hơn so với công nghệ Silic. Các màng mỏng được chế tạo với chi phí sản phẩm về căn bản là thấp hơn. Sự thành công về thương mại của PMT rất quan trọng bởi vì nó thúc đẩy sự phát triển trong tương lai. Sự thành công đó lại phụ thuộc chủ yếu vào sự khuyến khích của chính phủ như: giảm giá thuế, trợ cấp lắp đặt. Hiện nay, các PMT thế hệ mới loại màng mỏng CIGS chiếm dưới 10 % thị phần hàng hóa của pin quang điện. Toàn bộ sản phẩm điện từ mặt trời vẫn không đáng kể so với lượng năng lượng mà thế giới yêu cầu. Vì vậy, hướng nghiên cứu mới về pin mặt trời thế hệ mới loại màng mỏng là rất cấp thiết và có tính khả thi. PMT đến năm 2050 Đối mặt với tình trạng công nghiệp hóa và sự tăng dân số thế giới liên tục, loài người phải đương đầu với những thách thức về yêu cầu năng lượng. Từ năm 2000 đến năm 2050, yêu cầu năng lượng trung bình sẽ tăng từ 13 TW (2000) đến khoảng 30 TW. Năng lượng của chúng ta tập trung chủ yếu vào năng lượng của nhiên liệu hóa thạch. Nhân tố thúc đẩy các năng lượng tái tạo sẽ làm tăng sự sản xuất khí gây hiệu ứng nhà kính, đặc biệt là khí CO2 tích tụ trong khí quyển của chúng ta. Từ cuối thế kỉ XIX, nồng độ CO2 tăng từ khoảng 280 phần triệu (ppm) đến 360 ppm [16]. Nồng độ CO2 tăng từ 450 đến 550 ppm được dự đoán sẽ gây ra sự thay đổi thời tiết. Với tốc độ tiêu thụ năng lượng hóa thạch hiện nay và nhu cầu sử dụng năng lượng toàn cầu tăng, chúng ta sẽ phải đối mặt với nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt và nồng độ CO2 tăng đến 750 ppm vào năm 2050, gấp 3 lần nồng độ hiện nay [9]. Trong viễn cảnh này, Trái đất có thể trở thành một nơi ít có cơ hội sống. Vấn đề ở đây là con nguời phải làm gì để tận dụng được các nguồn năng lượng sạch đáp ứng được yêu cầu của xã hội và bảo vệ mội trường sống. Như vậy, năng lượng mặt trời là ứng cử viên tốt nhất có thể ngăn chặn các thảm hoạ khí hậu . Những thách thức đặt ra Việc phát triển loại pin mặt trời màng mỏng CIGS đang có những vướng mắc cần các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu tháo gỡ. Vấn đề lớn nhất hiện nay là các đặc trưng về hiệu năng hoạt động (dòng cực đại, thế cực đại, hiệu suất biến đổi năng lượng, hệ số lấp đầy) của loại pin này chưa cao khi sản xuất ở qui mô lớn và còn chưa ổn định, tức là phụ thuộc rất nhiều yếu tố như thành phần, cấu trúc, công nghệ chế tạo. Để giải quyết bài toán này, trước hết các nhà khoa học phải chế tạo được các lớp riêng rẽ của cấu trúc pin với phẩm chất mong muốn, phải hiểu được mối liên quan giữa điều kiện chế tạo với tính chất vật liệu, giữa các tính chất của các lớp riêng rẽ với hiệu năng hoạt động của toàn bộ cấu trúc. Trong lĩnh vực này, ngoài các nghiên cứu thực nghiệm như chế tạo mẫu bằng các phương pháp khác nhau, đo đạc các đặc tính vật liệu, phương pháp mô phỏng cũng là một công cụ hữu hiệu [11-12]. Ở bài toán mô phỏng, các nhà nghiên cứu chú ý khảo sát ảnh hưởng các tham số đặc trưng của vật liệu lên hiệu năng làm việc của pin thông qua các mô hình vi mô về cơ chế hoạt động. Một loạt các hướng nghiên cứu khác cũng được các nhà khoa học tiến hành như giảm chiều dầy các lớp [6-7], tăng cường độ bền cơ học của pin, nâng cao năng suất chế tạo, giảm giá thành và đảm bảo an toàn môi trường trong chế tạo [4-15]. Trên thế giới có một số trung tâm nghiên cứu mạnh về pin mặt trời màng mỏng CIGS, điển hình là NREL (Mỹ), Đại học Tổng hợp Colorado (Mỹ), Đại học Tổng hợp Uppsala (Thụy Điển) với kinh phí rất lớn, khoảng 10 đến 20 triệu đô la cho một dự án. Tại các trung tâm này, các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu xây dựng các dây chuyền sản xuất, bên cạnh đó vẫn đang tiếp tục các nghiên cứu cơ bản theo các hướng đã nêu ở trên. Vấn đề thứ hai đặt ra là độ bền lâu dài của thiết bị. Câu hỏi đặt ra là tại sao một số mô đun giữ được chất lượng bền vững trong khi một số khác thì không? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần hiểu biết tốt hơn về cơ chế suy giảm ở từng linh kiện, từng bộ phận cũng như trong cả mô đun hoàn chỉnh. Ví dụ, việc thấm hơi nước qua vỏ bọc cũng làm suy giảm chất lượng. Vì vậy, việc cải tiến hàng rào màng mỏng với hơi nước sẽ nâng cao độ bền khi hoạt động. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để điểu chỉnh và khảo sát chất lượng của các mô đun CIGS ở ngoài môi trường. Cho tới ngày nay, mức độ hiểu biết về các nguyên nhân làm suy giảm chất lượng là không phù hợp và thiếu đồng bộ giữa các nghiên cứu thiết bị và mô đun. Tình hình nghiên cứu và sử dụng PMT tại Viêt Nam đã được thể hiện khá đầy đủ tại Hội thảo quốc tế về “Điện mặt trời công nghiệp từ sản xuất chế tạo đến khai thác hiệu quả” tổ chức tại thành phố Hồ Chí Minh vào tháng 9 năm 2008 [1]. Tại Việt Nam, nghiên cứu PMT đã từng được bắt đầu từ khá sớm trên đối tượng PMT silic. Việc sử dụng PMT còn ở mức độ hạn chế. Thời gian gần đây, qui mô sử dụng PMT đang được phát triển nhanh chóng nhưng vẫn trên cơ sở loại pin silic thường được nhập từ nước ngoài dưới dạng bán thành phẩm hoặc thành phẩm. Trước nhu cầu lớn về PMT, đặc biệt nhu cầu phục vụ các vùng sâu, vùng xa, hải đảo, tầu đánh cá, gần đây nhất, một số nhà máy sản xuất mô đun PMT loại silic đã được khởi công xây dựng tại Việt Nam với dây chuyền công nghệ hoàn toàn được nhập khẩu. Một số công ty trong nước cũng đã cho ra mắt các sản phẩm phục vụ ngành điện mặt trời như các thiết bị lưu điện, thiết bị chuyển đổi điện ăcqui thành điện lưới. Như vậy điện mặt trời có nhu cầu và tiềm năng rất lớn ở nước ta. Các thông tin trên cũng cho thấy PMT thế hệ mới trên cơ sở màng mỏng CIGS là lĩnh vực mới ở Việt Nam. Cấu trúc cơ bản và các tham số đặc trưng Cấu trúc cơ bản của PMT PMT thế hệ mới dựa trên lớp hấp thụ CIGS chế tạo dựa trên thuỷ tinh hoặc chất nền không chỉ sử dụng công nghệ lắng đọng. Cấu trúc của pin được mô tả bằng hình vẽ dưới đây:
Hình 2: Cấu trúc cơ bản của pin mặt trời với lớp hấp thụ CIGS Lớp đầu tiên là lớp dẫn điện trong suốt ZnO, lớp này hệ số phản xạ càng thấp thì hiệu năng của pin càng cao. Do vậy, việc tạo lớp chống phản xạ bề mặt là rất cần thiết. Trên thực tế, chúng ta thường sử dụng MgF2. Lớp thứ hai là lớp đệm CdS với độ dày khoảng (50 nm). Phần lớn các photon có bước sóng ngắn bị hấp thụ trong lớp này. Lớp thứ ba là lớp hấp thụ CIGS với độ dày khoảng 1000 nm – 3000 nm, hệ số hấp thụ lớn khoảng 105cm-1. Phần lớn ánh sáng chiếu tới bị hấp thụ trong lớp này. Lớp dẫn điện đế là Al. Cuối cùng, lớp đế là Mo [14]. Trong các lớp tạo nên cấu trúc hoàn chỉnh của PMT, có ba lớp đóng vai trò quan trọng hơn cả đó là lớp hấp thụ CIGS, lớp đệm CdS và lớp dẫn điện truyền qua trong suốt ZnO. Trong đó, lớp hấp thụ CIGS là bán dẫn loại p, còn các lớp CdS và lớp ZnO là các bán dẫn loại n. Cả ba lớp này đều là chất bán dẫn nên các thông số đầu vào là các tham số về các tính chất cơ bản của chất bán dẫn như hằng số điện môi, hệ số hấp thụ, độ rộng vùng cấm, nồng độ hạt tải, độ linh động hạt tải. Ảnh hưởng của sai hỏng cũng được tính đến qua các tham số mật độ, sự phân bố của sai hỏng, tiết diện bắt điện tử và lỗ trống của các trạng thái sai hỏng. Phân bố vùng năng lượng tại các mặt phân cách phụ thuộc vào độ rộng vùng cấm và ái lực hóa học của từng lớp. Ngoài ra, các hiệu ứng bề mặt của lớp ZnO và mặt đáy CIGS cũng được tính đến thông qua các tham số hệ số phản xạ, tốc độ của các điện tử và lỗ trống tái hợp. Ngoại trừ các tham số được chọn để khảo sát, các tham số khác được chọn từ số liệu thực nghiệm hoặc các giả thiết thích hợp. Hoạt động của pin được mô phỏng trong điều kiện chiếu sáng tiêu chuẩn AM-1.5G tại 300 K. Các đặc trưng về hiệu năng hoạt động của PMT màng mỏng CIGS Luận văn nghiên cứu tập trung bốn thông số đặc trưng đầu ra về hiệu năng hoạt động của một PMT: Thế hở mạch, mật độ dòng đoản mạch, hệ số lấp đầy và hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Bảng 1: Các thông số đặc trưng đầu ra của chương trình mô phỏng một chiều AMPS – 1D Thông số  Ký hiệu  Đơn vị  Xác định   Thế hở mạch  Voc  V  J = 0   Mật độ dòng đoản mạch  JSC  mA/cm2  V = 0   Thế cực đại  VMax  V  V tại (JV)Max   Mật độ dòng cực đại  JMax  mA/cm2  J tại (TV)Max   Hệ số lấp đầy  ff  %  (JV)Max/(VOC.JSC)   Hiệu suất  η  %  (JV)Max/Pinc   Giá trị điện thế mà tại đó mật độ dòng bằng không gọi là thế hở mạch, kí hiệu VOC. Giá trị mật độ dòng mà tại đó điện thế bằng không gọi là mật độ dòng đoản mạch, kí hiệu JSC. Tại một vài điểm trên đường đặc trưng V-I giá trị điện thế và mật độ dòng đạt giá trị cực đại tương ứng Vmax, Jmax. Phần diện tích có giá trị (JV)max gọi là công suất cực đại Pmax. Hình 3: Đường đặc trưng V – I Hệ số lấp đầy là tỷ số giữa (JV)max và tích JSC.VOC, kí hiệu là ff. Biểu thức được mô tả :
(1.1) Hiệu suất chuyển đổi năng lượng, kí hiệu là η, là tỷ số giữa công suất cực đại với công suất chiếu xạ. Biểu thức được mô tả như sau:
1.4 Một số phương pháp chế tạo lớp hấp thụ CIGS Đồng bốc bay từ các nguồn nguyên tố Đồng bốc bay 3 bước là phương pháp chế tạo lớp hấp thụ thành công nhất với pin diện tích nhỏ hiệu suất cao của CIGS từ các nguồn nguyên tố trong hơi Se dư thường ở dưới các điều kiện chân không siêu cao sử dụng hệ epitaxy chùm phân tử (MBE). Quá trình 3 bước dựa trên quá trình lớp kép của Boeing kết hợp đồng bốc bay lớp CIGS giàu đồng tại nhiệt độ đế thấp hơn 450oC dưới lớp giàu In tại nhiệt độ cao hơn 550oC. Việc kết hợp các lớp làm hình thành một màng đồng nhất của (In, Ga)2Se3 tại nhiệt độ đế thấp hơn (khoảng 300 - 350oC) và sau đó bốc bay Cu và Se tại nhiệt độ cao hơn (500 - 560oC) để tạo lớp CIGS giàu đồng. Sau đó thêm vào nhiều hơn (In, Ga)2Se3 giúp hình thành màng cuối cùng hơi khuyết Cu. Việc xử lí hơi Se được tiến hành trong bước làm lạnh. Tỉ số Ga /(Ga + In) thường biến thiên như hàm của độ thấm sâu. Vì khe năng lượng của CGS cao hơn của CIS nên tăng thành phần Ga thì khe năng lượng cũng tăng dần khoảng 1,1 eV tới 1,2 eV do đó làm tăng việc tách các hạt tải tích điện phát quang điện và giảm tái hợp tại lớp tiếp xúc đế. Ví dụ, tại NREL đã ghi lại tỉ phần Ga/(Ga+In) khoảng 30 % gần lớp tiếp xúc đế và khoảng 25 % gần bề mặt trên. Selen hóa của các lớp bán vật liệu dạng kim loại Phương pháp đa bước chung nhất là selen hóa các lớp kim loại hay các lớp hợp kim được xếp chồng. Các kim loại hay hợp kim có thể được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau, thường là phún xạ, bốc bay, mạ điện. Selen hóa được sử dụng nhiều nhất trong môi trường chứa Se tại nhiệt độ cao (thường là 400oC). Se có thể tồn tại ở dạng H2Se được pha loãng bằng khí Ar hoặc nguyên tố Se. Thời gian Selen hóa phụ thuộc vào độ dày, cấu trúc và thành phần của màng cũng như nhiệt độ phản ứng và nguồn Se. Nói chung, CIS hình thành bằng Selen hóa nhanh hơn và ở nhiệt độ thấp hơn với CGS. Kết quả các màng CIGS có thể chứa CIS và CGS như 2 pha tách riêng nếu nhiệt độ phản ứng quá nhỏ hoặc thời gian quá ngắn. Nhiệt độ phản ứng cao cũng có thể dễ dàng hình thành Mo2Se. Phương pháp chalcogen hóa cũng đưa ra khả năng hình thành các màng mỏng CuIn(S,Se)2 bằng đưa cả bán vật liệu Se và S vào môi trường ủ. Lắng đọng hơi hóa học Các công nghệ lắng đọng pha khí hóa học cũng như lắng đọng hơi hóa học (MOCVD) và chuyển dạng hơi nén chặt cũng đã được sử dụng với việc chế tạo các màng mỏng CIS và CIGS. Thuận lợi của quá trình này là nhiệt độ lắng đọng thấp hơn so với các quá trình bốc bay. Nhóm McAleese đã thu được các màng CIS ở 400oC – 500oC bằng MOCVD nhiệt tại các áp suất thấp từ các hợp phức methyl-n-hexyldiselenocarbamate của Cu (II) và In (III) (Cu (Se2CNCH3C6H13)2 và In (Se2CNCH3C6H13)3). Các màng thu được gần với hợp thức và khe vùng của chúng được đánh giá khoảng 1,08 eV. Các mẫu XRD của các màng chỉ ra có nhiễu xạ chính của pha chalcopyrite. Quá trình PECVD cũng được báo cáo mà hexafluoroacetylacetonate tạo phức Cu(hfac)2 và In(hfac)2 sử dụng như các bán vật liệu dạng kim loại và 4-methy l-1, 2, 3-selenadiazole như nguồn Se. H2 được sử dụng như các khí tải với các bán vật liệu dạng kim loại. Nhiệt độ lắng đọng tăng dần từ 150 – 400oC. Màng thu được là có khả năng hụt Se vì Se mất mát trong suốt quá trình lắng đọng l