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文檔簡(jiǎn)介
1、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池由于具有光電轉(zhuǎn)化效率高、成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的薄膜太陽(yáng)能電池之一。CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的典型結(jié)構(gòu)為在玻璃襯底上依次生長(zhǎng)Mo背電極、CIGS吸收層、CdS緩沖層、i-ZnO/ZnO∶Al窗口層和Ni/Al柵電極,其核心是吸收層薄膜。CIGS吸收層的研究對(duì)制備高質(zhì)量的薄膜太陽(yáng)能電池尤為重要。目前,共蒸法和濺射后硒化法是制備CIGS薄膜的兩種主要技術(shù)線路。共蒸法制備的小面積CIGS薄
2、膜太陽(yáng)能電池效率最高已經(jīng)達(dá)到了20.3%,但該方法需要控制的參數(shù)較多,對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格,且大面積均勻性不好,不是很適合產(chǎn)業(yè)化的要求。濺射后硒化法是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的最佳技術(shù)線路,因其所使用的設(shè)備和工藝都比較容易實(shí)現(xiàn),大面積均勻性好。傳統(tǒng)的濺射后硒化工藝大多采用硒化氫(H2Se)氣體作為硒源,但H2Se氣體有劇毒,易燃易爆,價(jià)格昂貴。另外,CdS作為CIGS太陽(yáng)能電池的緩沖層,在制備過(guò)程中以及電池報(bào)廢材料都對(duì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染,嚴(yán)重阻礙
3、了CIGS太陽(yáng)能電池的發(fā)展。
本文以固態(tài)硒粉作為硒源,采用濺射后硒化法制備了CIS和CIGS吸收層薄膜材料,主要研究了硒化工藝對(duì)薄膜質(zhì)量的影響,通過(guò)優(yōu)化吸收層的制備參數(shù)以獲得高質(zhì)量的吸收層薄膜,并采用化學(xué)水浴法(CBD)制備新型無(wú)鎘緩沖層,研究了工藝條件對(duì)緩沖層材料的影響,優(yōu)化緩沖層的制備工藝,為研制環(huán)保、高效、低成本的CIGS薄膜太陽(yáng)能電池打下基礎(chǔ)。論文的研究?jī)?nèi)容可概括為以下幾個(gè)部分:
濺射后硒化法制備CI
4、S吸收層:首先采用磁控濺射技術(shù)制備Cu-In預(yù)制層,然后以固態(tài)硒粉作為硒源,對(duì)預(yù)制層進(jìn)行硒化制備CIS薄膜。通過(guò)掃描電鏡(SEM)、特征X射線能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)和霍爾效應(yīng)測(cè)試等材料表征技術(shù)對(duì)所制備CIS薄膜的形貌、成分、結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能等進(jìn)行分析,重點(diǎn)研究了硒化過(guò)程中升溫方式、硒化氣氛和硒化方式對(duì)薄膜性能的影響。研究結(jié)果表明,最佳硒化條件為:采用三步升溫法、在Ar氣氛下、以“硒蒸汽法”硒化制備CIS薄膜。采用此工藝,
5、在鍍Mo玻璃襯底上采用CuIn/In/CuIn疊層方式的Cu-In預(yù)制層,制備出了具有非常理想的化學(xué)計(jì)量比的CIS薄膜,其Cu∶ In∶ Se原子比例為1.06∶1∶1.76,接近CIS的理想化學(xué)配比1∶1∶2。
濺射后硒化法制備CIGS吸收層:為制備在厚度方向上具有帶隙梯度的CIGS薄膜,通過(guò)采用磁控濺射技術(shù)制備了具有CuGa/In/CuGa、CuGa/CuIn/CuGa以及CuInGa/CuIn/CuInGa疊層結(jié)構(gòu)的
6、Cu-In-Ga預(yù)制層,然后在最佳硒化工藝條件下硒化得到CIGS薄膜。研究結(jié)果表明:制備的薄膜為黃銅礦結(jié)構(gòu),且具有(112)晶面擇優(yōu)取向;采用CuInGa/CuIn/CuInGa疊層結(jié)構(gòu)的Cu-In-Ga預(yù)制層制備CIGS薄膜,能有效地減少I(mǎi)n元素的流失,從而抑制薄膜中Cu2-xSe化合物的含量,制備的CIGS薄膜化學(xué)配比更好、結(jié)晶度更高、表面粗糙度適宜,且電學(xué)性能較理想,其霍爾系數(shù)為+22.88 cm3C-1,載流子濃度為+2.51×
7、1017 cm-3,載流子遷移率為19.8 cm2V-1s-1,電阻率為3.11×104Ω·cm。
化學(xué)浴沉積法制備ZnS新型無(wú)鎘緩沖層薄膜:以普通玻璃為襯底,以硫酸鋅(ZnSO4)作為Zn2+源,硫脲(SC(NH2)2)作為S2-源,分別采用檸檬酸鈉-氨水和聯(lián)氨-氨水作為絡(luò)合劑,研究了各工藝參數(shù)對(duì)于ZnS薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)以及光學(xué)特性等的影響,探索出了化學(xué)水浴法制備ZnS薄膜的最佳工藝參數(shù):硫酸鋅濃度為0.1M,聯(lián)氨濃度為
8、0.82 M,氨水濃度為0.7 M,硫脲濃度為0.75 M,反應(yīng)溫度70℃。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,探討了化學(xué)水浴法制備ZnS的沉積機(jī)理。
化學(xué)浴沉積法制備ZnSxSe1-x新型無(wú)鎘緩沖層薄膜:首先以自制的硒代硫酸鈉(Na2SeSO3)作為硒源,硫脲作為S2-源,硫酸鋅作為Zn2+源,聯(lián)氨-氨水作為絡(luò)合劑,通過(guò)調(diào)節(jié)硒代硫酸鈉和硫脲的濃度沉積了具有不同x值的ZnSxSe1-x薄膜。研究了不同x值的ZnSxSe1-x薄膜在形貌、
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