2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、銅銦鎵硒(Cu(In,Ga)Se2, CIGS)薄膜太陽能電池具有穩(wěn)定性好、光電轉(zhuǎn)換效率高、弱光性能好等優(yōu)點,因而日益受到人們的青睞。在工業(yè)化道路上,日本的Solar Frontier是全球CIGS太陽電池的最大供應(yīng)商,到2015年其出貨量已超過3 GW,平均量產(chǎn)效率可達13.8%;中國漢能公司近年來收購了德國Solibro和美國Miasole等CIGS太陽電池公司,走上了發(fā)展的快車道,2015年其裝機容量達到400 MW,柔性組件達到

2、100MW,組件最高效率可達16.1%。因此,CIGS薄膜太陽能電池被認為是最具工業(yè)化發(fā)展前景的太陽能電池之一。2016年,CIGS薄膜太陽電池的實驗室最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到22.3%(日本Solar Frontier宣布取得),此外,已有多家研究機構(gòu)報道其轉(zhuǎn)化效率接近或超過了21%,包括瑞士EMPA、德國ZSW、德國Solibro等。CIGS薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)中的各功能層材料的制備和優(yōu)化在電池效率的提升和不斷突破方面具有十分重要的作用,其

3、中CIGS薄膜光吸收層材料的制備工藝和后處理工藝的優(yōu)化包括微量堿金屬如鈉(Na)、鉀(K)元素的摻雜扮演了非常重要的角色。
  目前,高效率CIGS薄膜太陽電池的CIGS吸收層采用“三步法”共蒸發(fā)沉積工藝進行制備,可形成大晶粒和梯度帶隙,有效減少材料內(nèi)部缺陷,同時提高光生電流和開路電壓。在三步法制備CIGS薄膜太陽電池方面,本研究發(fā)現(xiàn)Se源的蒸發(fā)溫度對CIGS薄膜的材料特性及太陽電池的器件性能具有十分重要的影響和作用。實驗結(jié)果表明

4、,隨著Se源加熱溫度(Se蒸發(fā)速率)的增大,薄膜的沉積厚度顯著下降;XRF測試結(jié)果顯示各組分中Cu的含量下降明顯,In含量稍有上升,Se基本維持恒定;SEM結(jié)果顯示當(dāng)Se蒸汽壓較低時,薄膜晶粒較大,這可能與高的Cu/(In+Ga)(即CGI)比例有關(guān);Raman測試結(jié)果顯示在高的Se蒸汽壓下沉積的薄膜在波數(shù)為153 cm-1處出現(xiàn)了有序缺陷化合物(ordered defect compounds, ODC)的相。當(dāng)Se源加熱溫度為160

5、℃時,太陽電池開路電壓(VOC)、填充因子(FF)和短路電流(JSC)都得到提高,取得了11.8%的高的電池光電轉(zhuǎn)換效率。
  眾所周知,微量的堿金屬元素的摻雜能夠顯著改善CIGS薄膜太陽電池的光電性能。最簡單有效的摻雜方法是直接用鈉鈣玻璃作為生長基底,玻璃中的堿金屬(主要是Na)會在CIGS沉積過程中通過Mo層進入吸收層,提高薄膜的載流子濃度,增大晶粒尺寸并通過對缺陷的修飾減少復(fù)合。而目前針對于堿金屬K的研究較少,其作用機理仍不

6、明確。本論文采用后沉積工藝(post-deposition treatment, PDT),即在已制備好的CIGS光吸收層材料上蒸發(fā)沉積一定厚度的氟化鉀(KF)或氟化鈉(NaF)材料,然后通過后退火工藝使得一定量的堿金屬元素K或者Na擴散進入CIGS吸收層材料的表層和內(nèi)部,能夠提高吸收層的載流子濃度,鈍化材料內(nèi)部及表面缺陷,可以有效地改善的吸收層材料的材料特性,進而提高器件開路電壓和填充因子;但堿金屬過量后又會對器件的光電性能產(chǎn)生嚴重的

7、破壞作用。本工作通過調(diào)節(jié)KF源的蒸發(fā)溫度、襯底溫度和KF的蒸發(fā)時間,系統(tǒng)優(yōu)化摻雜工藝和材料特性從而不斷提高太陽電池器件性能。XRD、Raman測試結(jié)果表明K的摻雜并不能帶來材料晶體結(jié)構(gòu)的變化;SEM測試結(jié)果表明K摻雜影響CIGS薄膜表面形貌,并不會改變材料的深層結(jié)構(gòu)。同時,C-V測試表明K摻雜能在一定程度上增加吸收層的載流子濃度,提高太陽電池的開路電壓,另外,PDT工藝下的K摻雜對吸收層、緩沖層界面會有一定的破壞作用,使之串聯(lián)電阻上升,

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