稀土摻雜CIGS薄膜太陽能電池的研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，人們對能源的需求量越來越大。傳統(tǒng)化石燃料的大量消耗引起的能源危機問題和環(huán)境污染問題也越來越嚴重。太陽能具有取之不盡、用之不竭、清潔環(huán)保等優(yōu)點，是解決能源短缺、環(huán)境污染等問題的有效途徑。銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池具有19.9％的高光電轉(zhuǎn)化效率，而且其低成本、穩(wěn)定性好，是最有發(fā)展前景的太陽能電池之一。本文系統(tǒng)的研究了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化的本質(zhì)問題:電子結(jié)構(gòu)-光電性能的關(guān)系;部分稀土元素摻雜對于CIS結(jié)構(gòu)和性能的影響以及C

2、IGS器件化制備工藝和路線。具體內(nèi)容如下:
　　第一部分主要用“固體分子和經(jīng)驗電子理論”(EET)系統(tǒng)的研究了稀土元素和單晶硅、多晶硅以及CIGS三代太陽能電池材料的光電轉(zhuǎn)化中電子結(jié)構(gòu)-性能的關(guān)系。研究表明:稀土金屬的熔點與晶格電子和共價電子密切相關(guān)，隨著晶格電子—共價電子的轉(zhuǎn)化，稀土金屬的熔點趨于增加;單晶硅和多晶硅太陽能電池的價電子結(jié)構(gòu)和光譜響應(yīng)密切相關(guān)，電子吸收光子后，發(fā)生雜化能級之間的躍遷;通過研究Ge原子的價電子結(jié)構(gòu)及其

3、光譜響應(yīng)指出Ge不適合做太陽能電池。最后在此基礎(chǔ)上應(yīng)用EET系統(tǒng)的研究了CIGS的價電子結(jié)構(gòu)、熔點和光吸收之間的關(guān)系。結(jié)果顯示:黃銅礦結(jié)構(gòu)的CIGS都可以吸收紫外光，其中CuInSe2的吸收效率最高，CuGaSe2吸收紫外光的效率最低。
　　第二部分采用真空熔煉法和真空退火的方法通過稀土元素摻雜的CuIn1-xRxSe2合金材料，應(yīng)用X射線衍射(XRD)方法表征其相結(jié)構(gòu)，TREOR程序?qū)π碌玫降南嘀笜嘶?，用紫外測試法得到CuIn0

4、.9Ce0.1Se2的吸收譜。實驗表明稀土摻入CIS可以增加禁帶寬度，使其更適合吸收太陽光。為傳統(tǒng)的用Ga替代In調(diào)節(jié)CIS的禁帶寬度提供了一種新材料。而且CuIn0.9Ce0.1Se2形成合金所需要的溫度較低，250℃下就可以形成。
　　第三部分主要介紹了CIGS器件化中的制備工藝研究，包括:應(yīng)用磁控濺射法制備Mo玻璃、CIGS吸收層、ZnO層、AZO層，CBD法制備CdS緩沖層。最后用化學法分別制備出CIGS和CICS電池，且