Cu(In,Ga)Se_2太陽(yáng)能電池中Ga梯度分布的優(yōu)化及其在低溫生長(zhǎng)工藝中的應(yīng)用

【摘要】：銅銦鎵硒(Cu(In,Ga)Se2，簡(jiǎn)稱CIGS)太陽(yáng)能電池由于其具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)及光電轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)，被稱為最有前途的廉價(jià)太陽(yáng)能電池之一。CIGS太陽(yáng)能電池?zé)o論是在民用上還是軍用上，都有廣闊的應(yīng)用前景。為了進(jìn)一步發(fā)展CIGS太陽(yáng)能電池，降低生產(chǎn)CIGS太陽(yáng)能電池的成本意義重大。其中制備高效率CIGS電池和降低CIGS制備過程中襯底溫度是降低成本的兩個(gè)重要的手段。 基于上述背景，本文從優(yōu)化CIGS電池中的Ga的梯度分布角度出發(fā)，研究共蒸發(fā)法CIGS制備過程中各工藝參數(shù)對(duì)Ga梯度分布的影響，在此基礎(chǔ)上通過主動(dòng)調(diào)節(jié)的方法，以期人為的去改變和控制CIGS電池中Ga的梯度分布，從而提高CIGS電池性能和降低CIGS電池制備過程所需的襯底加熱溫度。本論文主要分為三部分，具體內(nèi)容如下： 第一部分主要是研究工藝參數(shù)，如Ga/[In+Ga]、Cu/[In+Ga]的組分比和襯底溫度的選定等，對(duì)Ga在CIGS吸收層的空間梯度分布及CIGS電池性能的影響。研究表明，為得到合適的Ga的梯度分布和高的CIGS電池轉(zhuǎn)換效率，Ga/[In+Ga]含量控制在0.30-0.38之間，Cu/[In+Ga]含量在0.91-0.95之間，襯底溫度選擇在高溫540℃。 第二部分為常規(guī)高溫襯底工藝下，通過人為的主動(dòng)控制方法，優(yōu)化CIGS吸收層中Ga的梯度分布。人為的主動(dòng)控制Ga梯度分布主要是通過改變Ga、In金屬源的蒸發(fā)順序和蒸發(fā)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高溫工藝下CIGS吸收層中Ga/[In+Ga]的V型梯度分布已經(jīng)在一個(gè)較合適的區(qū)域附近。要使電池效率得到提高，可使現(xiàn)有V型梯度分布變得稍微平緩。實(shí)驗(yàn)中是通過在第一步蒸發(fā)工藝中先蒸發(fā)1.5min的In，然后共蒸In和Ga，最后只蒸發(fā)1.5min的Ga來(lái)實(shí)現(xiàn)這種平緩的Ga的梯度分布。經(jīng)優(yōu)化的CIGS太陽(yáng)能電池的效率在無(wú)MgF_2減反層的情況下高達(dá)17.42%。 第三部分為低溫襯底工藝下，通過人為的主動(dòng)控制方法，優(yōu)化CIGS吸收層中Ga的梯度分布。人為的主動(dòng)控制Ga梯度分布主要是通過改變蒸發(fā)法中第一步In、Ga的開啟順序和蒸發(fā)時(shí)間以及改變第三步中Ga蒸發(fā)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)第一步中先蒸發(fā)In最后蒸發(fā)Ga以及第三步中適當(dāng)提高Ga蒸發(fā)溫度，可以避免了低溫工藝中Ga在Mo背面聚集的消極影響和提高CIGS吸收層近表面Ga的含量分布，改善了電池的Voc、Jsc和FF,從而提高低溫工藝制備的CIGS電池的效率。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化CIGS吸收層中Ga的梯度分布，在低溫生長(zhǎng)條件下同樣也可以得到高溫條件下好的CIGS薄膜結(jié)晶質(zhì)量。在襯底溫度為470℃的低溫生長(zhǎng)條件下，制備出了效率為15.0%的CIGS太陽(yáng)能電池，此效率在低溫生長(zhǎng)CIGS電池效率中處于世界較高的水平。 【關(guān)鍵詞】：銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池 Ga梯度 低溫 蒸發(fā)法
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 CIGS 太陽(yáng)能電池概述12-17
• 1.2.1 CIGS 太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 CIGS 太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)13-15
• 1.2.3 CIGS 吸收層的光電性質(zhì)和制備方法15-17
• 1.3 Ga 的梯度分布對(duì) CIGS 太陽(yáng)能電池效率的影響17-20
• 1.4 低溫生長(zhǎng) CIGS 太陽(yáng)能電池的研究狀況20
• 1.5 本論文研究的意義與內(nèi)容20-23
• 1.5.1 研究的目的和意義20-21
• 1.5.2 采用的技術(shù)路線和創(chuàng)新點(diǎn)21-23
• 2 實(shí)驗(yàn)與分析測(cè)試方法23-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方法23-26
• 2.1.1 CIGS 太陽(yáng)能電池生長(zhǎng)系統(tǒng)23-24
• 2.1.2 共蒸發(fā)法制備 CIGS 吸收層24-26
• 2.2 分析測(cè)試方法26-31
• 2.2.1 量子效率26-27
• 2.2.2 EDS 線掃描27-28
• 2.2.3 X 射線衍射儀(XRD)28
• 2.2.4 光致發(fā)光光譜儀(PL)28-31
• 3 工藝參數(shù)對(duì) Ga 在 CIGS 吸收層空間梯度分布的影響31-41
• 3.1 Ca/[In+Ga]對(duì) Ga 梯度分布影響31-33
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)部分31
• 3.1.2 結(jié)果與討論31-33
• 3.2 Cu/[In+Ga] 對(duì) Ga 梯度分布影響33-38
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)部分33-34
• 3.2.2 結(jié)果與討論34-38
• 3.3 襯底溫度對(duì) Ga 梯度分布影響38-41
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)部分38
• 3.3.2 結(jié)果與討論38-41
• 4 主動(dòng)調(diào)節(jié)法優(yōu)化高溫工藝中 Ga 在 Cu(In,Ga)Se2吸收層空間梯度分布41-47
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)部分41-42
• 4.1.2 結(jié)果與討論42-47
• 5 主動(dòng)調(diào)節(jié)法優(yōu)化低溫工藝中 Ga 在 Cu(In,Ga)Se2吸收層空間梯度分布47-55
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)部分47-48
• 5.1.2 結(jié)果與討論48-55
• 6 總結(jié)與展望55-57
• 6.1 工作總結(jié)55-56
• 6.2 工作展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況61-63
• 作者簡(jiǎn)介63-65
• 致謝65

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