柔性基底薄膜太陽能電池研究與試制

【摘要】： 太陽能電池是可再生能源領(lǐng)域中最具發(fā)展前景的資源之一,但高昂的制備成本及復(fù)雜的制備技術(shù)成為制約其在各領(lǐng)域大規(guī)模、廣泛應(yīng)用的瓶頸。因而,在研究提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和運行穩(wěn)定性的同時,還應(yīng)致力于開發(fā)更經(jīng)濟(jì)的制備技術(shù)與工藝。柔性基底的薄膜太陽能電池由于其高的轉(zhuǎn)換效率、低成本潛能和多樣的應(yīng)用性而備受關(guān)注。本論文的重點在于探索新的技術(shù)制備柔性基底CIS薄膜太陽能電池,并對制備得到的太陽能電池進(jìn)行了初步的電性能測試。 基于聚酰亞胺薄膜或鋁箔等柔性基底上的CIS薄膜太陽電池的發(fā)展遇到的最大的挑戰(zhàn)在于開發(fā)一種適于基底承受溫度、鍍層熱物理特性、大面積均勻性控制、高效的低溫沉積工藝,以滿足對結(jié)構(gòu)、光電特性和低成本的要求。 論文重點探討了大面積柔性基底薄膜太陽電池制備過程中的相關(guān)核心技術(shù)。為實現(xiàn)大面積均勻性控制,提出了連續(xù)卷繞濺射鍍膜過程氣體分布模型,控制方法,試驗驗證了控制方法的科學(xué)性；為實現(xiàn)高效制備、節(jié)省厚度(材料),提出了一種新的可實現(xiàn)織構(gòu)化的方法,探討了濺射功率、沉積溫度等因素對織構(gòu)化的影響,通過試驗獲得了實現(xiàn)織構(gòu)化的參數(shù)范圍；為實現(xiàn)柔性基底上低溫沉積高質(zhì)量的化合物并提高制備效率,提出了離子束輔助反應(yīng)濺射沉積技術(shù),探討了該技術(shù)的物理機制、反應(yīng)模型,并通過Roll-to-Roll制備柔性基底太陽電池必需的阻擋層A1203薄膜驗證了其可行性,可用于CIGS薄膜的低溫硒化。 論文最后采用所研究的Roll-to-Roll濺射沉積技術(shù)在Al箔上開展了CIS太陽電池的試制。整個過程為真空鍍膜過程,用低能濺射ZnO技術(shù)替代了CdS層的水浴法。在CIS的沉積中應(yīng)用了簡化的離子束輔助反應(yīng)濺射沉積技術(shù)。完成的CIS光伏薄膜具有明顯的光電特性。也嘗試制備了非晶硅薄膜試樣,研究了制備工藝對非晶硅結(jié)構(gòu)、成份、光電特性的影響。 【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-59
• 1.1 概述12-13
• 1.2 太陽電池的發(fā)展趨勢13-17
• 1.2.1 薄膜太陽電池的發(fā)展優(yōu)勢13-14
• 1.2.2 CIGS類薄膜太陽電池的發(fā)展機遇14-16
• 1.2.3 柔性基底CIGS薄膜太陽電池的研發(fā)意義16-17
• 1.3 柔性基底CIGS薄膜太陽電池國內(nèi)外發(fā)展概況17-21
• 1.4 CIGS薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)與制備工藝21-53
• 1.4.1 CIGS薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)21-24
• 1.4.2 CIGS薄膜太陽電池吸收層的制備工藝24-43
• 1.4.2.1 CIGS吸收層的成分24-25
• 1.4.2.2 CIGS吸收層的制備工藝25-43
• 1.4.3 CIGS太陽電池其他層的制備及存在的問題43-52
• 1.4.3.1 背電極43-47
• 1.4.3.2 緩沖層47-50
• 1.4.3.3 窗口層50-51
• 1.4.3.4 柵電極51
• 1.4.3.5 阻擋層51-52
• 1.4.4 柔性CIGS薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)化所需要的技術(shù)52-53
• 1.5 本論文的主要研究工作53-54
• 1.6 本章小結(jié)54-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 第二章 Roll-to-Roll濺射沉積中的關(guān)鍵技術(shù)研究59-101
• 2.1 引言59
• 2.2 多靶連續(xù)卷繞鍍膜機濺射室布?xì)饩鶆蛐匝芯?/span>59-66
• 2.2.1 概述59-61
• 2.2.2 充氣管道設(shè)計計算61
• 2.2.3 抽氣管道設(shè)計計算61-65
• 2.2.4 布?xì)饩鶆蛐栽O(shè)計65
• 2.2.5 試驗65-66
• 2.2.6 結(jié)論66
• 2.3 柔性基底薄膜太陽電池背電極織構(gòu)化研究66-75
• 2.3.1 概述66-67
• 2.3.2 聚酰亞胺(PI)襯底上Al電極織構(gòu)化研究67-74
• 2.3.3 結(jié)論74-75
• 2.4 離子束輔助反應(yīng)濺射技術(shù)75-99
• 2.4.1 引言75-78
• 2.4.1.1 反應(yīng)磁控濺射75-77
• 2.4.1.2 離子束輔助反應(yīng)濺射技術(shù)77-78
• 2.4.2 離子束輔助濺射沉積系統(tǒng)78-81
• 2.4.2.1 脈沖磁控濺射電源79-80
• 2.4.2.2 陽極膜線性離子源80-81
• 2.4.3 離子束輔助反應(yīng)濺射模型81-84
• 2.4.3.1 電荷交換(Charge Exchange)82
• 2.4.3.2 原子碰撞(Atomic Collision)82-83
• 2.4.3.3 增強擴散(Enhanced Diffusivity)83
• 2.4.3.4 化學(xué)反應(yīng)(Chemical Reaction)83-84
• 2.4.4 采用離子束輔助反應(yīng)濺射技術(shù)沉積Al_2O_3阻擋膜84-99
• 2.4.4.1 引言84-86
• 2.4.4.2 氧離子輔助下的遲滯現(xiàn)象86
• 2.4.4.3 離子能量對薄膜成分及性能的影響86-91
• 2.4.4.4 離子源放電電流對薄膜成分及性能的影響91-93
• 2.4.4.5 氧氣分量對薄膜性質(zhì)的影響93-96
• 2.4.4.6 磁控靶濺射功率對薄膜性質(zhì)的影響96-98
• 2.4.4.7 IBO輔助脈沖反應(yīng)磁控濺射技術(shù)制備Al_2O_3薄膜工藝參數(shù)98-99
• 2.4.5 結(jié)論99
• 2.5 本章小結(jié)99-100
• 參考文獻(xiàn)100-101
• 第三章 柔性基底CuInSe_2薄膜太陽能電池的濺射沉積初步研究101-108
• 3.1 引言101-102
• 3.2 CIS太陽電池制備102-103
• 3.2.1 阻擋層鍍制102-103
• 3.2.2 背電極層鍍制103
• 3.2.3 吸收層鍍制103
• 3.2.4 緩沖層鍍制103
• 3.2.5 窗口層鍍制103
• 3.3 各膜層測試結(jié)果及分析103-107
• 3.3.1 背電極層特性103-104
• 3.3.2 吸收層特性104-106
• 3.3.3 電特性106-107
• 3.4 本章小結(jié)107
• 參考文獻(xiàn)107-108
• 第四章 柔性基底a-Si薄膜太陽電池沉積技術(shù)探索研究108-129
• 4.1 引言108-109
• 4.2 阻擋層材料選擇及制備工藝研究109-113
• 4.2.1 不同阻擋層材料阻擋效果考察109-111
• 4.2.2 不同成分NiAl合金阻擋層阻擋效果研究111-113
• 4.2.3 小結(jié)113
• 4.3 非晶硅薄膜的濺射制備技術(shù)研究113-120
• 4.3.1 樣品的制備113-114
• 4.3.2 不同工藝條件對硅薄膜沉積速率的影響114-117
• 4.3.3 不同工藝條件對薄膜晶化程度的影響117-118
• 4.3.4 薄膜表面形貌觀察118-119
• 4.3.5 小結(jié)119-120
• 4.4 Si薄膜摻雜研究120-128
• 4.4.1 非晶硅薄膜的N型、P型摻雜研究120-121
• 4.4.2 樣品測試與表征121-123
• 4.4.2.1 薄膜的厚度測量121-122
• 4.4.2.2 薄膜的霍爾分析122-123
• 4.4.3 數(shù)據(jù)分析及討論123-128
• 4.4.3.1 硼摻雜(N型)數(shù)據(jù)分析及討論123-125
• 4.4.3.2 磷烷摻雜試驗過程及數(shù)據(jù)分析125-128
• 4.5 結(jié)論128-129
• 第五章 總結(jié)129-131
• 5.1 本論文的主要工作及研究成果129
• 5.2 下一步的工作及展望129-131
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文131-134
• 致謝134

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