銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池的制備

【摘要】：太陽能作為一種新型清潔能源,是未來社會的主要能源之一。目前市場上仍以Si太陽電池為主,Cu(InGa)Se2(CIGS)薄膜太陽能電池具有轉換效率高、廉價、穩(wěn)定等特點。隨著資源和環(huán)境的要求,以CIGS為主要材料的太陽電池市場化成為必然。三步共蒸發(fā)法是目前應用最廣泛也是最受研究人員青睞的工藝,該方法制備的CIGS薄膜太陽能電池的效率已高達19.99%。而濺射硒化法,工藝流程容易控制,適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。目前國外電池組件的轉化效率一般在12-13%,我國的研究還剛剛起步,和國外水平還有很大差距。 本論文主要研究一種操作簡單、可控、適合產(chǎn)業(yè)化需要的技術工藝,即濺射制備合金預制膜后硒化的制備方法。首先,在不銹鋼襯底上制備厚度約1微米的Mo電極,在濺射過程中通過改變工作氣壓,濺射雙層Mo金屬膜,使Mo電極具有類似層狀結構,消除了內應力的影響,從而提高了Mo電極和玻璃襯底之間,及其和CIGS吸收層之間的附著力。然后,在沉積有Mo電極的玻璃襯底上,通過磁控濺射的方法制備約700納米厚度的Cu(InGa)預制層薄膜,靶材采用自制的Cu(InGa)合金靶。硒化采用在低溫和高溫過程依次進行的2步方法,采用固態(tài)硒源,避免了劇毒的H2Se氣體的生成。通過在低溫區(qū)保溫30分鐘,再在高溫區(qū)保溫25分鐘,制備出了性能較好的CIGS吸收層薄膜,具有(112)晶面擇優(yōu)取向,顯示明顯的黃銅礦單一結構。薄膜表面平整,晶粒大小均勻、排列緊密。分別用化學水浴法和真空蒸鍍法制備CdS窗口層。分析比較兩種方法制備出的CdS薄膜,發(fā)現(xiàn)采用真空蒸鍍法制備的CdS薄膜的透光性高于化學水浴法制備的CdS薄膜。最后,用直流磁控濺射的方法,制備一定厚度的Al電極,完成了CIGS薄膜太陽電池的制備。對器件的性能做了測試分析,電池兩端開路電壓大概在30-40mv。該研究采用的CIGS薄膜太陽能電池的制備工藝簡單、過程容易控制、設備和材料費用低,沒有采用劇毒的氣源,適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的要求,為以后進一步的研究開發(fā)做了技術儲備。 【關鍵詞】：CIGS薄膜太陽能電池 磁控濺射 真空蒸鍍法 固態(tài)硒源 硒化
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 太陽能電池的工作機理13-15
• 1.4 太陽能電池分類15-17
• 1.4.1 硅基太陽能電池15-16
• 1.4.2 多元化合物薄膜太陽能電池16
• 1.4.3 有機薄膜類太陽能電池16-17
• 1.4.4 納米晶薄膜太陽能電池17
• 1.5 CIGS太陽能電池17-21
• 1.5.1 CIGS太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀17
• 1.5.2 CIGS太陽能電池的結構17-19
• 1.5.3 CIGS薄膜的制備方法19-21
• 1.5.4 CdS薄膜的制備方法21
• 1.6 本文的主要工作21-22
• 第2章 實驗原理和設備22-35
• 2.1 真空蒸發(fā)鍍膜原理22-23
• 2.2 磁控濺射原理23-24
• 2.3 薄膜生長24-25
• 2.3.1 薄膜生長機理24
• 2.3.2 薄膜生長原理24-25
• 2.4 化學水浴法(CBD)25-27
• 2.4.1 CBD原理25-26
• 2.4.2 CBD的微觀機制26-27
• 2.5 實驗設備27-28
• 2.6 實驗原料28
• 2.7 基片28-29
• 2.7.1 襯底的選擇28
• 2.7.2 基片的清洗28-29
• 2.8 真空度的確定29-31
• 2.9 薄膜性能表征31-35
• 2.9.1 薄膜厚度測量方法31-32
• 2.9.2 X射線衍射(XRD)分析32-33
• 2.9.3 掃描電鏡(SEM)和能譜(EDS)分析33
• 2.9.4 薄膜光學性能的測量33
• 2.9.5 薄膜電阻的測量33-35
• 第3章 CIGS太陽能電池薄膜的制備及表征35-53
• 3.1 Mo電極層36-38
• 3.1.1 Mo電極層的優(yōu)越性36
• 3.1.2 Mo電極層的制備36-37
• 3.1.3 Mo電極層的表征及結果分析37-38
• 3.2 光吸收層(CIGS)38-46
• 3.2.1 CIGS制備方法選擇38-39
• 3.2.2 光吸收層(CIGS)的制備39-41
• 3.2.3 CIG的表征及結構分析41-42
• 3.2.4 光吸收層(CIGS)的表征及結果分析42-46
• 3.3 窗口層(CdS)46-51
• 3.3.1 CdS的性質46-47
• 3.3.2 CdS薄膜的制備47-49
• 3.3.3 CdS薄膜的表征及結果分析49-51
• 3.4 Al電極的制備51-53
• 第4章 CIGS薄膜太陽能電池性能表征53-58
• 4.1 太陽能電池元件的性能表征53-54
• 4.2 CIGS薄膜太陽電池的制備、表征54-55
• 4.2.1 CIGS薄膜太陽能電池的制備54
• 4.2.2 CIGS薄膜太陽能電池的表征54-55
• 4.3 工作分析55-57
• 4.4 展望57-58
• 第5章 結論58-59
• 參考文獻59-64
• 致謝64

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