基于柔性襯底的CIGS薄膜太陽能電池研究

【摘要】：太陽能是取之不盡用之不竭的清潔能源。在光伏電池制造領(lǐng)域,提高光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本是永遠(yuǎn)的主題。Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽能電池是各種薄膜太陽能電池中效率最高、最有發(fā)展前途的薄膜太陽電池之一。近年來柔性襯底薄膜太陽能電池開始受到人們的重視,世界上許多公司和科研機(jī)構(gòu)競相開發(fā)研究。柔性太陽電池與硬襯底電池相比,其最大的特點(diǎn)是重量輕,可折疊,不易破碎,并具有較高的質(zhì)量比功率(500W/kg),采用的主要加工方法是自動(dòng)化的卷對(duì)卷(roll to roll)工藝。目前柔性襯底薄膜太陽能電池還有一些急需解決的關(guān)鍵問題,我國在這一領(lǐng)域和國外先進(jìn)水平差距很大。本文首先系統(tǒng)闡述了CIGS太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀、電池的原理和結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)以及各參數(shù)對(duì)電池特性的影響。在對(duì)制備工藝和技術(shù)路線廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)中采用聚酰亞胺作為太陽能電池的基底,通過旋涂法制備耐高溫、穩(wěn)定性好的聚酰亞胺薄膜,對(duì)柔性襯底CIGS太陽能電池的制備工藝進(jìn)行了探究。利用CIGS靶材進(jìn)行射頻磁控濺射得到CIGS吸收層,并對(duì)柔性襯底的制備與選擇、底電極Mo、吸收層CIGS、緩沖層Cd S進(jìn)行單項(xiàng)工藝研究。實(shí)驗(yàn)中嘗試改變?yōu)R射氣壓、襯底溫度、退火條件、溶液配比等工藝參數(shù),通過SEM觀察形貌、XRD分析薄膜晶體結(jié)構(gòu)、并對(duì)電阻率、薄膜透射率進(jìn)行測試,對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析。采用雙層濺射法在柔性PI襯底上得到結(jié)合優(yōu)良且電阻率較低的Mo電極;著重研究了因聚酰亞胺與CIGS層之間熱膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的Mo和CIGS層開裂的一系列問題;通過優(yōu)化薄膜沉積工藝,在襯底加熱的條件下濺射得到了與Mo結(jié)合較好的CIGS薄膜。最后,通過工藝整合,制備得到了柔性襯底的CIGS多層薄膜電池,測試表明,電池具有一定的轉(zhuǎn)換效率,但是性能還有待提高。 【關(guān)鍵詞】：柔性襯底 銅銦鎵硒 薄膜太陽能電池 聚酰亞胺 薄膜應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 太陽能薄膜電池的發(fā)展現(xiàn)狀12-28
• 1.1 清潔能源的迫切需求12-15
• 1.2 太陽能電池原理與結(jié)構(gòu)15-18
• 1.2.1 太陽能電池的原理15-16
• 1.2.2 太陽能電池主要參數(shù)16-17
• 1.2.3 太陽能電池的等效電路17-18
• 1.3 太陽能電池的種類及特性比較18-20
• 1.4 CIGS太陽電池的發(fā)展歷史與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-23
• 1.4.1 CIGS太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)20-21
• 1.4.2 基于柔性襯底的CIGS太陽能電池21-23
• 1.5 本課題的主要研究內(nèi)容與研究意義23-24
• 參考文獻(xiàn)24-28
• 第二章 柔性襯底的選擇與制備28-38
• 2.1 柔性襯底的分類28-32
• 2.1.1 無機(jī)金屬襯底28-30
• 2.1.2 有機(jī)聚合物襯底30-32
• 2.2 聚酰亞胺柔性襯底的制備32-35
• 2.2.1 選用成型的聚酰亞胺薄膜32-33
• 2.2.2 用甩膠機(jī)自制聚酰亞胺薄膜33-35
• 參考文獻(xiàn)35-38
• 第三章 CIGS太陽能電池的主要工藝探究38-64
• 3.1 基于柔性襯底的CIGS太陽能電池的結(jié)構(gòu)38-40
• 3.2 CIGS太陽電池的制備工藝流程40-41
• 3.3 制備CIGS太陽能電池的實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)備41-42
• 3.4 CIGS太陽能電池的制備工藝與方法42-59
• 3.4.1 Mo電極的制備工藝與方法42-48
• 3.4.2 吸收層CIGS的制備工藝與方法48-54
• 3.4.3 緩沖層CdS的制備工藝與方法54-58
• 3.4.4 窗口層ZnO和ZAO的制備工藝與方法58-59
• 參考文獻(xiàn)59-64
• 第四章 原型器件的制備及測試結(jié)果64-67
• 4.1 器件制備工藝流程64-65
• 4.2 電池性能測試結(jié)果及分析65-66
• 參考文獻(xiàn)66-67
• 第五章 總結(jié)和展望67-69
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 展望68-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及專利70

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