Células solares de selênio de gálio de cobre e índio

Uma célula solar de selênio de cobre com índio e gálio (ou célula CIGS, às vezes célula CI (G) S ou CIS) é uma célula solar de película fina usada para converter luz solar em energia elétrica. É fabricado depositando-se uma fina camada de cobre, índio, gálio e seleneto no suporte de vidro ou plástico, junto com os eletrodos na frente e atrás para coletar a corrente. Como o material tem um alto coeficiente de absorção e absorve fortemente a luz solar, um filme muito mais fino é necessário do que de outros materiais semicondutores.

O CIGS é uma das três principais tecnologias PV de filmes finos, sendo os outros dois telureto de cádmio e silício amorfo. Como esses materiais, as camadas CIGS são finas o suficiente para serem flexíveis, permitindo que elas sejam depositadas em substratos flexíveis. No entanto, como todas essas tecnologias normalmente usam técnicas de deposição em alta temperatura, o melhor desempenho normalmente vem das células depositadas em vidro, embora os avanços na deposição em baixa temperatura das células CIGS tenham eliminado grande parte dessa diferença de desempenho. O CIGS supera o polissilício em nível de célula, mas sua eficiência de módulo ainda é menor, devido a um aprimoramento menos maduro.

A participação de mercado de filmes finos está estagnada em torno de 15%, deixando o restante do mercado fotovoltaico para células solares convencionais feitas de silício cristalino. Em 2013, a participação de mercado do CIGS sozinha foi de cerca de 2% e todas as tecnologias de filme fino combinadas caíram abaixo de 10%. As células CIGS continuam sendo desenvolvidas, já que prometem alcançar eficiências semelhantes a silício, enquanto mantêm seus baixos custos, como é típico da tecnologia de filme fino. Os fabricantes proeminentes de fotovoltaicos CIGS eram as empresas agora falidas Nanosolar e Solyndra. A atual líder de mercado é a empresa japonesa Solar Frontier, a Global Solar ea GSHK Solar, que produz módulos solares livres de qualquer metal pesado, como cádmio ou chumbo.

Propriedades
CIGS é um material semicondutor composto I-III-VI2 composto de cobre, índio, gálio e selênio. O material é uma solução sólida de seleneto de cobre índio (freqüentemente abreviado “CIS”) e selênio de gálio de cobre, com uma fórmula química de CuInxGa (1-x) Se2, onde o valor de x pode variar de 1 (seleneto de cobre puro índio) para 0 (seleneto de gálio cobre puro). É um semicondutor ligado por tetraedro, com a estrutura cristalina de calcopirita. O bandgap varia continuamente com x de cerca de 1,0 eV (para o seleneto de cobre e índio) para cerca de 1,7 eV (para o seleneto de gálio de cobre).

O CIGS possui um coeficiente de absorção excepcionalmente alto de mais de 105 / cm para fótons de energia de 1,5 eV e maiores. As células solares CIGS com eficiências em torno de 20% foram reivindicadas pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL), pelos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa) e pelo Centro Alemão de Pesquisa e Manutenção de Forschung (ZSW). para Energia Solar e Pesquisa de Hidrogênio), que é o registro até hoje de qualquer célula solar de filme fino.

Estrutura
A estrutura de dispositivos mais comum para células solares CIGS é mostrada no diagrama (consulte Estrutura de um dispositivo CIGS). O vidro de soda-cal de cerca de 1 a 3 milimetros de espessura é comumente usado como substrato, porque as folhas de vidro contêm sódio, que mostrou um aumento substancial de tensão de circuito aberto, notavelmente através de passivação de defeitos de contorno de superfície e de grão. No entanto, muitas empresas também estão procurando substratos mais leves e flexíveis, como poliimida ou folhas de metal. Uma camada metálica de molibdênio (Mo) é depositada (comumente por pulverização catódica), que serve como contato de retorno e reflete a maior parte da luz não absorvida de volta para o absorvedor de CIGS.Após a deposição de molibdénio, uma camada de absorvente CIGS do tipo p é cultivada por um de vários métodos únicos. Uma camada intermediária de tipo n fina é adicionada no topo do absorvedor. O tampão é tipicamente sulfeto de cádmio (CdS) depositado por depósito de banho químico. O tampão é revestido com uma fina camada intrínseca de óxido de zinco (i-ZnO) que é coberta por uma camada de ZnO dopada com alumínio (Al) mais espessa. A camada de i-ZnO é usada para proteger o CdS e a camada de absorvente contra danos de pulverização enquanto deposita a camada de janela de ZnO: Al, uma vez que esta última é normalmente depositada por pulverização DC, conhecida como processo de danificação. O ZnO dopado com Al serve como um óxido condutor transparente para coletar e mover os elétrons para fora da célula enquanto absorve a menor quantidade de luz possível.

Os materiais baseados em CuInSe2 que são de interesse para aplicações fotovoltaicas incluem vários elementos dos grupos I, III e VI na tabela periódica. Esses semicondutores são especialmente atrativos para aplicações solares devido aos seus altos coeficientes de absorção ótica e às características óticas e elétricas versáteis, que podem, em princípio, ser manipuladas e ajustadas para uma necessidade específica em um determinado dispositivo.

Eficiência de conversão
O CIGS é usado principalmente na forma de filmes finos policristalinos. A melhor eficiência alcançada a partir de setembro de 2014 foi de 21,7%. Uma equipe do Laboratório Nacional de Energia Renovável alcançou 19,9%, um recorde na época, modificando a superfície do CIGS e fazendo com que se parecesse com o CIS. Esses exemplos foram depositados em vidro, o que significava que os produtos não eram mecanicamente flexíveis. Em 2013, cientistas dos Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais desenvolveram células CIGS em lâminas de polímero flexíveis com uma nova eficiência recorde de 20,4%. Estes exibem a mais alta eficiência e maior flexibilidade.

O Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA confirmou a eficiência do módulo de 13,8% de um painel de produção de grande área (metro quadrado) e 13% de área total (e 14,2% de área de abertura) com alguns módulos de produção. Em setembro de 2012, a German Manz AG apresentou um módulo solar CIGS com uma eficiência de 14,6% na superfície total do módulo e 15,9% na abertura, que foi produzido em uma instalação de produção em massa. A MiaSolé obteve uma eficiência certificada de 15,7% de área de abertura em um módulo de produção de 1m2, e a Solar Frontier reivindicou uma eficiência de 17,8% em um módulo de 900 cm2.

Maior eficiência (em torno de 30%) pode ser obtida usando óptica para concentrar a luz incidente. O uso de gálio aumenta o gap de banda óptica da camada CIGS em comparação com o CIS puro, aumentando assim a tensão de circuito aberto. A relativa abundância de gálio, comparada ao índio, reduz os custos.

Registre as eficiências do CIGS por substrato

Substrato Vidro Aço Alumínio Polímero
Eficiência 22,9% 17,7% 16,2% 20,4%
Instituto Fronteira Solar (b) Empa Empa Empa
Fonte: Swissolar, Flisom – apresentação de novembro de 2014 
Nota: (a) célula de laboratório com ~ 0,5 cm 2 , (b)

Comparação
Silício cristalino convencional
Ao contrário das células convencionais de silício cristalino baseadas em uma homojunção, a estrutura das células CIGS é um sistema de heterojunção mais complexo. Um material de bandgap direto, o CIGS possui uma absorção de luz muito forte e uma camada de apenas 1-2 micrômetros (µm) é suficiente para absorver a maior parte da luz solar. Em comparação, uma espessura muito maior de cerca de 160-190 µm é necessária para o silício cristalino.

A camada CIGS ativa pode ser depositada em uma forma policristalina diretamente em molibdênio (Mo) revestido em uma variedade de vários substratos diferentes, tais como folhas de vidro, bandas de aço e folhas plásticas feitas de poliimida. Isso consome menos energia do que fundir grandes quantidades de areia de quartzo em fornos elétricos e produzir grandes cristais, necessários para as células de silício convencionais, e assim reduzir significativamente o tempo de retorno de energia.Também ao contrário do silício cristalino, esses substratos podem ser flexíveis.

Na indústria de PV altamente competitiva, a pressão aumentou nos fabricantes de CIGS, levando à falência de várias empresas, já que os preços das células de silício convencionais caíram rapidamente nos últimos anos. No entanto, as células solares CIGS tornaram-se tão eficientes quanto as células de silício multicristalino – o tipo mais comum de células solares. O CIGS e o CdTe-PV continuam sendo as únicas duas tecnologias de filme fino de sucesso comercial em um mercado fotovoltaico globalmente em rápido crescimento.

Outros filmes finos
Em energia fotovoltaica, a “magreza” geralmente está em referência às chamadas células de silício de alta eficiência, de “primeira geração”, que são fabricadas a partir de placas de massa com centenas de micrômetros de espessura. Filmes finos sacrificam alguma eficiência de coleta de luz, mas usam menos material. No CIGS, o compromisso de eficiência é menos severo do que no silício.As eficiências recordes para células CIGS de filme fino são ligeiramente inferiores às do CIGS para células de desempenho superior em escala laboratorial. Em 2008, a eficiência do CIGS foi de longe a mais alta em comparação com as obtidas por outras tecnologias de filmes finos, como a energia fotovoltaica de telureto de cádmio (CdTe) ou silício amorfo (a-Si). As células solares CIS e CGS oferecem eficiências de área total de 15,0% e 9,5%, respectivamente. Em 2015, a lacuna com as outras tecnologias de filmes finos foi fechada, com eficiências recordes de células em laboratórios de 21,5% para CdTe (FirstSolar) e 21,7% para CIGS (ZSW). (Veja também o melhor gráfico de eficiência de células de pesquisa da NREL.)

Propriedades
Todos os absorvedores CIGS de alto desempenho em células solares têm semelhanças independentes da técnica de produção. Primeiro, eles são fase-α policristalina que tem a estrutura cristalina de calcopirita mostrada na Figura 3. A segunda propriedade é uma deficiência total de Cude. A deficiência de Cu aumenta a concentração de portadores (orifícios) majoritários, aumentando o número de vacâncias de Cu (aceitáveis ​​por elétrons). Quando os filmes CIGS são ricos em Cu (deficiente em Cu), a camada superficial do filme forma um composto de defeito ordenado (ODC) com uma estequiometria de Cu (In, Ga) 3Se5. O ODC é do tipo n, formando uma homojunção pn no filme na interface entre a fase α e o ODC. A velocidade de recombinação na interface CIGS / CdS é diminuída pela presença da homojunção. A queda na recombinação da interface atribuível à formação de ODC é demonstrada por experimentos que mostraram que a recombinação no volume do filme é o principal mecanismo de perda em filmes deficientes em Cu, enquanto em filmes ricos em Cu a perda principal está na interface CIGS / CdS.

A incorporação de sódio é necessária para um ótimo desempenho. A concentração ideal de Na é considerada aproximadamente 0,1%. Na é normalmente fornecido pelo substrato de vidro soda-cal, mas em processos que não usam este substrato, o Na deve ser deliberadamente adicionado. Os efeitos benéficos do Na incluem aumentos na condutividade do tipo p, na textura e no tamanho médio dos grãos. Além disso, a incorporação de Na permite que o desempenho seja mantido sobre desvios estequiométricos maiores. Simulações previram que o Na em um local In cria um nível de aceitador superficial e que o Na serve para remover o In em defeitos do Cu (doadores), mas as razões para esses benefícios são controversas. Na também é creditado com catalisar a absorção de oxigênio. Passivadores de oxigênio Se vacâncias que atuam como doadores compensadores e centros de recombinação.

A liga CIS (CuInSe2) com CGS (CuGaSe2) aumenta o bandgap. Para alcançar o bandgap ideal para uma célula solar de junção única, 1,5 eV, uma relação Ga / (In + Ga) de aproximadamente 0,7 é ideal. No entanto, em proporções acima de 0,3, o desempenho do dispositivo cai. A indústria atualmente tem como meta a razão de 0,3 Ga / (In + Ga), resultando em bandgaps entre 1,1 e 1,2 eV. O desempenho decrescente foi postulado como resultado do CGS não formar o ODC, o que é necessário para uma boa interface com o CdS.

Os dispositivos de maior eficiência mostram substancial texturização, ou orientação cristalográfica preferida. A (204) orientação da superfície é observada nos dispositivos de melhor qualidade. Uma superfície de absorvente suave é preferida para maximizar a relação entre a área iluminada e a área da interface. A área da interface aumenta com a rugosidade enquanto a área iluminada permanece constante, diminuindo a voltagem de circuito aberto (VOC). Estudos também associaram um aumento na densidade de defeitos ao decréscimo de VOC. A recombinação em CIGS tem sido sugerida como sendo dominada por processos não radiativos. Teoricamente, a recombinação pode ser controlada pela engenharia do filme e é extrínseca ao material.

Produção
Produção de filmes
O processo baseado em vácuo mais comum é co-evaporar ou coagular cobre, gálio e índio em um substrato à temperatura ambiente, em seguida, recozer o filme resultante com um vapor de seleneto. Um processo alternativo é co-evaporar cobre, gálio, índio e selênio em um substrato aquecido.

Um processo alternativo não baseado em vácuo deposita nanopartículas dos materiais precursores no substrato e depois as sinteriza in situ. Galvanoplastia é outra alternativa de baixo custo para aplicar a camada CIGS.

As seções a seguir descrevem as várias técnicas para processamento de deposição de precursores, incluindo pulverização catódica de camadas metálicas a baixas temperaturas, impressão de tintas contendo nanopartículas, eletrodeposição e uma técnica inspirada em wafer-bonding.

Selenização
O ambiente de abastecimento e selenização de Se é importante para determinar as propriedades e a qualidade do filme. Quando Se é fornecido na fase gasosa (por exemplo, como H2Se ou Se elementar) a altas temperaturas, o Se torna-se incorporado no filme por absorção e subsequente difusão. Durante esta etapa, chamada de calcogenização, ocorrem interações complexas para formar um calcogeneto. Estas interações incluem a formação de ligas intermetálicas Cu-In-Ga, a formação de compostos binários intermediários de metal-seleneto e a separação de fases de vários compostos CIGS estequiométricos. Devido à variedade e complexidade das reações, as propriedades do filme CIGS são difíceis de controlar.

A fonte de Se afeta as propriedades do filme resultante. O H2Se oferece a mais rápida incorporação de Se no absorvedor; 50 a% Se pode ser obtido em filmes CIGS a temperaturas tão baixas quanto 400 ° C. Por comparação, o elemento elementar só consegue incorporação total com temperaturas de reação acima de 500 ° C. Filmes formados a temperaturas mais baixas do elemento elementar eram deficientes em Se, mas tinham múltiplas fases, incluindo selenetos de metais e várias ligas. O uso do H2Se fornece a melhor uniformidade de composição e os maiores tamanhos de grãos. No entanto, o H2Se é altamente tóxico e é classificado como um risco ambiental.

Sputtering de camadas metálicas seguidas de selenização
Neste método, um filme de metal de Cu, In e Ga é pulverizado a temperatura ambiente ou próximo a ele e reage em uma atmosfera de Se em alta temperatura. Este processo tem maior rendimento do que a coevaporação e a uniformidade composicional pode ser mais facilmente alcançada.

Pulverizar uma multicamada empilhada de metal – por exemplo, uma estrutura de Cu / In / Ga / Cu / In / Ga … – produz uma superfície mais lisa e melhor cristalinidade no absorvedor em comparação com uma simples bicamada (liga Cu-Ga / In) ou pulverização de trilayer (Cu / In / Ga). Esses atributos resultam em dispositivos de maior eficiência, mas a formação da multicamadas é um processo de deposição mais complicado e não merece o equipamento extra ou a complexidade do processo adicional. Adicionalmente, as taxas de reação das camadas de Cu / Ga e Cu / In com Se são diferentes. Se a temperatura da reação não for alta o suficiente, ou não for mantida por tempo suficiente, o CIS e o CGS se formam como fases separadas.

As empresas atualmente que usaram processos similares incluem a Showa Shell, a Avancis (agora uma afiliada do Grupo Saint-Gobain), a Miasolé, a Honda Soltec e a Energy Photovoltaics (EPV).Showa Shell pulverizou uma camada de liga Cu-Ga e uma camada In, seguida de selenização em H2Se e sulfurização em H2S. A etapa de sulfurização parece passivar a superfície de maneira semelhante ao CdS na maioria das outras células. Assim, a camada de proteção usada é livre de Cd, eliminando qualquer impacto ambiental do Cd. A Showa Shell relatou uma eficiência máxima do módulo de 13,6%, com uma média de 11,3% para substratos de 3600 cm2. A Shell Solar usa a mesma técnica do Showa Shell para criar o absorvedor; no entanto, sua camada de CdS vem da deposição de vapor químico. Módulos vendidos pela Shell Solar reivindicam eficiência de módulo de 9,4%.

A Miasole havia adquirido fundos de capital de risco para o seu processo e ampliado. No entanto, pouco se sabe sobre seu processo além de sua eficiência declarada de 9 a 10% para módulos.

EPV usa um híbrido entre coevaporação e sputtering em que In e Ga são evaporados em uma atmosfera de Se. Isto é seguido por pulverização e selenização de Cu. Finalmente, In e Ga são novamente evaporados na presença de Se. Com base nas medições Hall, esses filmes têm baixa concentração de portadores e mobilidade relativamente alta. Filmes EPV têm baixa concentração de defeitos.

Calcogenização de camadas precursoras de partículas
Neste método, as nanopartículas de óxido de metal ou metal são usadas como precursores para o crescimento de CIGS. Essas nanopartículas são geralmente suspensas em uma solução à base de água e, em seguida, aplicadas a grandes áreas por vários métodos, como a impressão. A película é então desidratada e, se os precursores forem óxidos metálicos, reduzidos numa atmosfera H2 / N2.Após a desidratação, o filme poroso restante é sinterizado e selenizado a temperaturas superiores a 400 ° C.

A Nanosolar e a International Solar Electric Technology (ISET) tentaram, sem sucesso, ampliar esse processo. O ISET usa partículas de óxido, enquanto a Nanosolar não discutiu sua tinta. As vantagens desse processo incluem uniformidade em grandes áreas, equipamentos sem vácuo ou de baixo vácuo e adaptabilidade à fabricação de rolo para rolo. Quando comparadas às camadas precursoras de metal laminar, as nanopartículas sinterizadas se selenizam mais rapidamente. A taxa aumentada é resultado da maior área superficial associada à porosidade. A porosidade produz superfícies de absorção mais ásperas. O uso de precursores particulados permite a impressão em uma grande variedade de substratos com utilização de materiais de 90% ou mais. Pouca pesquisa e desenvolvimento apoiaram essa técnica.

A Nanosolar relatou uma eficiência de célula (sem módulo) de 14%, no entanto, isso não foi verificado por nenhum teste nacional de laboratório, nem permitiu inspeções no local. Em testes independentes, o absorvedor do ISET apresentou a 2ª menor eficiência, com 8,6%. No entanto, todos os módulos que venceram o módulo da ISET foram coevaporados, um processo que tem desvantagens de fabricação e custos mais altos. A amostra do ISET sofreu mais com baixo VOC e baixo fator de preenchimento, indicativo de uma superfície rugosa e / ou um alto número de defeitos auxiliando na recombinação. Relacionado a estas questões, o filme apresentava propriedades de transporte deficientes, incluindo uma baixa mobilidade Hall e vida útil curta da transportadora.

Electrodeposição seguida de selenização
Os precursores podem ser depositados por eletrodeposição. Duas metodologias existem: deposição de estruturas elementares em camadas e deposição simultânea de todos os elementos (incluindo Se). Ambos os métodos requerem tratamento térmico em uma atmosfera Se para produzir filmes com qualidade de dispositivo. Como a eletrodeposição requer eletrodos condutivos, as folhas de metal são um substrato lógico. A eletrodeposição de camadas elementares é semelhante à pulverização de camadas elementares.

A deposição simultânea emprega um eletrodo de trabalho (catodo), um eletrodo de contador (ânodo) e um eletrodo de referência. Um substrato de folha metálica é usado como eletrodo de trabalho em processos industriais. Um material inerte fornece o contra-eletrodo, e o eletrodo de referência mede e controla o potencial. O eletrodo de referência permite que o processo seja realizado de forma potenciostática, permitindo o controle do potencial do substrato.

A eletrodeposição simultânea deve superar o fato de que os potenciais de redução padrão dos elementos não são iguais, causando deposição preferencial de um único elemento. Esse problema é comumente aliviado pela adição de íons contrários à solução de cada íon a ser depositado (Cu2 +, Se4 +, In3 + e Ga3 +), alterando assim o potencial de redução desse íon. Além disso, o sistema Cu-Se tem um comportamento complicado e a composição do filme depende da relação do fluxo de íons Se4 + / Cu2 +, que pode variar sobre a superfície do filme. Isso requer que as concentrações de precursores e o potencial de deposição sejam otimizados. Mesmo com a otimização, a reprodutibilidade é baixa em grandes áreas devido a variações de composição e possíveis quedas ao longo do substrato.

Os filmes resultantes têm grãos pequenos, são ricos em Cu e geralmente contêm fases Cu2-xSex juntamente com impurezas da solução. O recozimento é necessário para melhorar a cristalinidade.Para eficiências superiores a 7%, é necessária uma correção de estequiometria. A correção foi feita originalmente através de deposição de vapor físico em alta temperatura, o que não é prático na indústria.

A Solopower está atualmente produzindo células com uma eficiência de conversão de & gt; 13,7%, conforme NREL.

Combinação de precursores por técnica inspirada em colagem de wafer
Neste processo, dois filmes precursores diferentes são depositados separadamente em um substrato e um superstrato. Os filmes são pressionados juntos e aquecidos para liberar o filme do superstrato reutilizável, deixando um absorvedor de CIGS no substrato. A Heliovolt patenteou este procedimento e nomeou o processo FASST. Em princípio, os precursores podem ser depositados a baixa temperatura usando técnicas de deposição de baixo custo, reduzindo o custo do módulo. No entanto, as primeiras gerações de produtos utilizam métodos PVD de temperatura mais alta e não atingem o potencial de corte de custo total. Substratos flexíveis podem eventualmente ser usados ​​neste processo.

As características típicas do filme não são conhecidas fora da empresa, uma vez que nenhuma pesquisa foi realizada por laboratórios financiados de forma independente. No entanto, o Heliovolt afirmou uma eficiência celular de 12,2%.

Coevaporação
Coevaporação, ou codeposição, é a técnica de fabricação de CIGS mais prevalente. O processo de coevaporação da Boeing deposita bicamadas de CIGS com diferentes estequiometrias em um substrato aquecido e permite que elas se misturem.

O NREL desenvolveu outro processo que envolve três etapas de deposição e produziu o atual recorde de eficiência do CIGS em 20,3%. O primeiro passo no método NREL é a codeposição de In, Ga e Se. Isto é seguido por Cu e Se depositados a uma temperatura mais alta para permitir a difusão e a mistura dos elementos. No estágio final In, Ga e Se são novamente depositados para tornar a composição total Cu deficiente.

A Würth Solar começou a produzir células CIGS usando um sistema de coevaporação em linha em 2005, com eficiências de módulos entre 11% e 12%. Eles abriram outra unidade de produção e continuaram a melhorar a eficiência e o rendimento. Outras empresas que ampliam os processos de coevaporação incluem a Global Solar e a Ascent Solar. A Global Solar usou um processo de deposição em três etapas inline. Em todas as etapas, Se é fornecido em excesso na fase de vapor.In e Ga são evaporados primeiro seguido por Cu e depois por In e Ga para tornar o filme Cu deficiente. Estes filmes tiveram um desempenho bastante favorável em relação a outros fabricantes e aos absorvedores cultivados no NREL e no Institute for Energy Conversion (IEC). No entanto, os módulos dos filmes da Global Solar não tiveram bom desempenho. A propriedade na qual o módulo mais obviamente sub-executado era um baixo VOC, que é característico de alta densidade de defeitos e alta velocidade de recombinação. A camada absorvente da Global Solar superou o absorvedor NREL na vida útil da portadora e na mobilidade da sala. No entanto, como células completas, a amostra NREL teve melhor desempenho. Esta é uma evidência de uma fraca interface CIGS / CdS, possivelmente devido à falta de uma camada de superfície ODC no filme Global Solar.

As desvantagens incluem problemas de uniformidade em grandes áreas e a dificuldade relacionada de coevaporar elementos em um sistema inline. Além disso, altas temperaturas de crescimento elevam o orçamento e os custos térmicos. Além disso, a coevaporação é prejudicada pela baixa utilização do material (deposição nas paredes da câmara, em vez do substrato, especialmente para o selênio) e caro equipamento de vácuo. Uma maneira de melhorar a utilização de Se é através de um processo de craqueamento de selênio, térmico ou a plasma, que pode ser acoplado a uma fonte de feixe de íons para deposição assistida por feixe de íons.

Deposição de vapor químico
A deposição de vapor químico (CVD) foi implementada de várias maneiras para a deposição de CIGS. Os processos incluem CVD orgânico de metal com pressão atmosférica (AP-MOCVD), CVD com plasma melhorado (PECVD), MOCVD de baixa pressão (LP-MOCVD) e MOCVD assistido por aerossol (AA-MOCVD). A pesquisa está tentando mudar de precursores de fonte dupla para precursores de fonte única. Múltiplos precursores de fonte devem ser homogeneamente misturados e as taxas de fluxo dos precursores devem ser mantidas na estequiometria apropriada. Os métodos precursores de fonte única não sofrem dessas desvantagens e devem permitir um melhor controle da composição do filme.

A partir de 2014, a CVD não foi utilizada para a síntese comercial de CIGS. Filmes produzidos por CVD têm baixa eficiência e baixo VOC, parcialmente resultado de uma alta concentração de defeitos. Além disso, as superfícies dos filmes são geralmente bastante ásperas, o que serve para diminuir ainda mais o COV. No entanto, a necessária deficiência de Cu foi conseguida usando AA-MOCVD juntamente com uma orientação de cristal (112).

As temperaturas de deposição de CVD são inferiores às utilizadas para outros processos, como co-evaporação e selenização de precursores metálicos. Portanto, a CVD tem um orçamento térmico menor e custos mais baixos. Os problemas potenciais de fabricação incluem dificuldades em converter a CVD em um processo em linha, bem como a despesa de lidar com precursores voláteis.

Deposição por electropulverização
Os filmes CIS podem ser produzidos por deposição por electrospray. A técnica envolve a pulverização assistida por campo elétrico de tinta contendo nanopartículas CIS diretamente sobre o substrato e, em seguida, a sinterização em um ambiente inerte. A principal vantagem dessa técnica é que o processo ocorre à temperatura ambiente e é possível anexar esse processo a algum sistema de produção em massa ou contínuo, como o mecanismo de produção roll-to-roll.