CdS薄膜和HIT太陽(yáng)能電池的制備及特性研究

【摘要】：在嚴(yán)峻的能源形勢(shì)和生態(tài)環(huán)境不斷惡化的情況下,改變現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu),發(fā)展可持續(xù)的綠色能源已然成為世界各國(guó)極為關(guān)注的課題。太陽(yáng)能電池作為一種清潔的新能源已經(jīng)得到了很大的發(fā)展。CdS/CdTe薄膜太陽(yáng)能電池由于其轉(zhuǎn)換效率高、電池性能穩(wěn)定、制備方法簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)受到光伏界的廣泛重視。CdS薄膜也作為銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池的窗口層材料,對(duì)于改善pn結(jié)質(zhì)量和電池性能具有重要作用。此外帶有本征薄層硅異質(zhì)結(jié)(HIT)太陽(yáng)能電池由于高效率,低成本也引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注,目前最高效率(24%)的H1T電池由日本Sanyo公司所制備,并在該領(lǐng)域擁有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。 本論文分為兩部分,第一部分包括CdS薄膜的化學(xué)水浴法制備及其特性研究。第二部分研究了HIT太陽(yáng)能電池的a-Si:H/c-Si異質(zhì)結(jié)界面鈍化、ITO透明導(dǎo)電薄膜以及HIT太陽(yáng)能電池的制備工藝。 CdS薄膜作為一種Ⅱ-Ⅵ族n型半導(dǎo)體材料,是CuInGaSe和CuInSe薄膜電池窗口層的最佳選擇。其薄膜質(zhì)量的好壞直接影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率和電池的穩(wěn)定性及使用壽命。本文通過(guò)在堿性化學(xué)浴中制備CdS薄膜,研究不同水浴溫度和沉積時(shí)間對(duì)CdS薄膜的性能影響。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、紫外可見(jiàn)近紅外光譜儀(UV-VIS-NIR)、霍爾效應(yīng)測(cè)試儀和臺(tái)階儀對(duì)CdS薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)以及電學(xué)性能進(jìn)行了研究,得到以下結(jié)果：CdS薄膜的結(jié)晶具有很強(qiáng)的擇優(yōu)取向性,在不同溫度下制備的CdS薄膜其透過(guò)率均在75%以上,并且透過(guò)率隨溫度變化而有所改變,70℃條件下沉積的薄膜具有最好的表面形貌,不同溫度沉積的薄膜光學(xué)帶隙在2.34eV-2.48eV范圍內(nèi),隨溫度升高出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。 第二部分研究了不同方法對(duì)HIT電池異質(zhì)結(jié)界面鈍化的影響和電池用透明導(dǎo)電電極的制備及工藝優(yōu)化。通過(guò)改變氫稀釋度沉積本征氫化非晶硅層、改變氫等離子體處理硅片時(shí)間以及改變HF處理硅片時(shí)間來(lái)分別研究它們對(duì)HIT太陽(yáng)能電池性能的影響；接下來(lái)研究了不同壓強(qiáng)和功率對(duì)于制備1TO透明導(dǎo)電薄膜的影響,對(duì)所沉積薄膜進(jìn)行光學(xué)及電學(xué)性能測(cè)試,并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。得出結(jié)論如下：制備電池最優(yōu)的氫氣流量為60sccm,氫等離子體處理時(shí)間為200s,濃度為2%的HF處理時(shí)間為40s；最佳ITO薄膜濺射功率為70W,濺射壓強(qiáng)為2mTorr,在此條件下制備薄膜具有高的透過(guò)率和優(yōu)良的電學(xué)性能,HIT電池轉(zhuǎn)換效率為9.6%。 【關(guān)鍵詞】：CdS薄膜 化學(xué)浴沉積 HIT電池 ITO透明導(dǎo)電薄膜 硅表面鈍化
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-24
• 1.1 太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介9-12
• 1.1.1 太陽(yáng)能電池發(fā)展歷史9
• 1.1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理9-10
• 1.1.3 太陽(yáng)能電池效率提高方法10-12
• 1.2 CdS薄膜半導(dǎo)體材料12-14
• 1.2.1 CdS薄膜的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 CdS薄膜的制備方法13
• 1.2.3 CdS薄膜的應(yīng)用前景13-14
• 1.3 HIT電池14-21
• 1.3.1 HIT太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.2 HIT太陽(yáng)電池工作原理15-16
• 1.3.3 HIT電池的顯著特點(diǎn)16-17
• 1.3.4 HIT電池的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.5 HIT太陽(yáng)能電池的主要性能指標(biāo)18-19
• 1.3.6 HIT太陽(yáng)電池的等效電路19-21
• 1.4 本論文研究?jī)?nèi)容21-24
• 第2章 CdS薄膜、HIT電池的制備及研究24-38
• 2.1 CdS薄膜的制備24-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置24
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)原理24-25
• 2.1.3 反應(yīng)微觀機(jī)制25-26
• 2.1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程26-27
• 2.2 HIT電池的制備27-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備27-29
• 2.2.2 硅片的清洗29-30
• 2.2.3 HIT電池的制備工藝流程30-31
• 2.3 表征方法及檢測(cè)設(shè)備31-38
• 2.3.1 X射線衍射31-32
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡32-33
• 2.3.3 原子力顯微鏡33-34
• 2.3.4 臺(tái)階儀34
• 2.3.5 紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)34-35
• 2.3.6 霍爾效應(yīng)測(cè)試儀35
• 2.3.7 表征設(shè)備35-38
• 第3章 化學(xué)浴制備CdS薄膜及結(jié)果分析38-48
• 3.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)薄膜厚度的影響38-39
• 3.2 CdS薄膜的結(jié)構(gòu)表征39-40
• 3.3 CdS薄膜的表面形貌40-43
• 3.4 CdS薄膜的光學(xué)性能43-45
• 3.5 CdS薄膜的電學(xué)性能45
• 3.6 本章小結(jié)45-48
• 第4章 HIT太陽(yáng)電池的制備工藝研究48-54
• 4.1 本征層氫稀釋度對(duì)電池性能的影響48-49
• 4.2 氫等離子體處理時(shí)間對(duì)電池性能的影響49-51
• 4.3 不同HF處理時(shí)間對(duì)電池性能的影響51-53
• 4.4 電池制備工藝小結(jié)53-54
• 第5章 ITO透明導(dǎo)電薄膜的制備工藝研究54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 磁控濺射原理54-55
• 5.3 ITO薄膜的制備及性能表征55-62
• 5.3.1 濺射功率對(duì)薄膜光電性能的影響55-59
• 5.3.2 沉積壓強(qiáng)對(duì)薄膜光電性能的影響59-62
• 5.4 本章小結(jié)62-64
• 第6章 總結(jié)64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果72

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