銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池的研制.pdf

1、隨著能源與環(huán)境問題的日益突出，人類對“可再生能源”、“綠色能源”的研究、開發(fā)和利用越來越重要、緊迫。其中，太陽能無疑是人類未來能源的首選，在太陽能的有效利用中，光伏技術(shù)是近些年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池以其成本低、轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定的特點成為最有發(fā)展前途的光伏器件之一。 本文對CIGS太陽能電池的理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料研究和器件制備幾個方面都做了大量工作。 直流磁控濺射制備電池

2、背電極的過程中，在較低的Ar氣壓強下濺射Mo薄膜，雖有較低的電阻率，但是平面應(yīng)力不符合要求；而在較高的氣壓下濺射，Mo薄膜的平面應(yīng)力符合要求，但電阻率較高。因此我們采用通過控制工作壓強濺射雙層Mo薄膜，用這種方法制備的Mo既與玻璃有好的附著性，又有較低的電阻率，符合器件要求。 在真空蒸發(fā)法制備吸收層的研究中，通過控制蒸發(fā)材料的組分、蒸發(fā)速率、襯底溫度等工藝參數(shù)，并在空氣中200℃退火后，得到光吸收系數(shù)較高、結(jié)晶狀況良好的p型CI

3、S薄膜材料；在此基礎(chǔ)上通過工藝的優(yōu)化，實現(xiàn)了Ga的摻入，制備出了具有坡型帶隙結(jié)構(gòu)的CIGS薄膜材料，經(jīng)測試驗證了CIGS材料具有更寬的禁帶寬度，將其應(yīng)用于電池吸收層有助于開路電壓的提高。 水浴法沉積CdS薄膜，通過不斷優(yōu)化反應(yīng)溶液濃度、水浴溫度、沉積時間等參數(shù)，采用滴定的方法控制溶液的PH值和反應(yīng)速率，沉積得到了厚度在lOOnm以下，均勻致密的CdS薄膜，適合作CIGS電池的緩沖層。 在射頻磁控濺射制備電池窗口層的研究中

4、，首先完成了陶瓷靶和金屬靶的焊釬，然后在濺射過程中不斷調(diào)整工作壓強、濺射功率等參數(shù)，并反復調(diào)節(jié)匹配電容c1和c2，使反射功率達到最小，通過濺射本征ZnO陶瓷靶制備高阻ZnO薄膜，濺射摻Al的ZnO陶瓷靶制備低阻ZAO薄膜，此雙層窗口層既有良好的晶格匹配、能帶結(jié)構(gòu)和光吸收特性，又能與上電極有較好的歐姆接觸，以利于降低串聯(lián)電阻。 在CIGS太陽電池減反射膜的研究中，首先利用光學薄膜的干涉原理，計算減反射膜的厚度和折射率，然后根據(jù)材料

5、性質(zhì)和實際條件，選擇電子束蒸發(fā)法制備A120a減反射膜。用光吸收譜儀測量Al<,2>O<,3>薄膜樣品的光吸收特性，其在可見光波段反射率較低，550hm最低點只有5％左右，因此我們電子束蒸發(fā)制備Al<,2>O<,3>薄膜作為CIGS電池的減反射膜的方案是可行的。 最后將以上各單層膜工藝進行優(yōu)化整合，進行了結(jié)構(gòu)為GlaSS/Mo/CIS(CIGS)/CdS/ZnO/ZAO/Al/Al<,2>O<,3>的CIS(CIGS)薄膜太陽能