新型銅系太陽能電池材料的研究

【摘要】：近年來,銅銦鎵硒(CIGS)系薄膜太陽能電池因其具有較強(qiáng)的抗輻射能力,制造成本低,弱光性好,長期性能穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),轉(zhuǎn)換效率接近多晶硅的水平,同時(shí)它可在柔性基材上使用,而被國際上稱為下一時(shí)代的最有發(fā)展前景的廉價(jià)太陽能電池。 本文從CIGS薄膜太陽能電池的吸收層材料著手,采用非真空法制備CIGS納米晶粉末,以旋涂燒結(jié)的方式制備CIGS吸收層薄膜,有利于降低太陽能電池的成本。 首先采用溶劑熱法,分別以水合肼和乙二胺為還原劑,試制CuInSe2納米晶。通過XRD、SEM分析不同溫度及反應(yīng)時(shí)間的產(chǎn)物形貌,結(jié)果顯示采用水合肼為還原劑產(chǎn)物多為片狀結(jié)晶,而采用乙二胺為還原劑得到的產(chǎn)物具有較好形貌且多為純相。但是其反應(yīng)時(shí)間過長,溶劑乙二胺易燃,低毒有一定危險(xiǎn)性,難以大規(guī)模生成。采用TEA為反應(yīng)溶劑,通過非注入法制備CuInSe2納米晶,XRD、SEM結(jié)果顯示所得納米晶相純度隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而趨于單相,呈均勻的類球型結(jié)構(gòu),XPS和EDX結(jié)果證明了其化學(xué)計(jì)量比以及元素價(jià)態(tài)。UV-VIS測試得到納米晶的能帶隙為1.03±0.03eV,符合光伏應(yīng)用的要求。 在前面工藝基礎(chǔ)上通過摻入適量的Ga來替代In的位置,使生成的銅銦鎵硒納米晶的能帶隙寬度在1.0eV-1.75eV之間,UV-VIS測試結(jié)果顯示能帶隙的寬度值和Ga的含量成正比。當(dāng)Ga/(In+Ga)的比例在0.2-0.3時(shí),所獲得的銅銦鎵硒納米晶能帶隙寬度范圍為1.4～1.6eV,符合高效的CIGS薄膜太陽能電池對材料的要求。 第三步以低成本的Zn,Sn元素替代納米晶CuInxGa(1-x)Se2中的In, Ga元素制備Cu2ZnSnSe4(?)米晶。通過XRD、SEM、DSC測試其形貌與結(jié)晶性。UV-VIS測試得到制得的CZTSe納米晶的禁帶寬度為1.04eV,與理論值一致。有利于進(jìn)一步降低CIGS太陽能電池的成本。 最后以前面制備好的CIGS納米晶為原料,通過向溶液中加入乙基纖維素,獲得均勻穩(wěn)定的CIGS油墨。通過甩膠機(jī)旋涂形成均勻的薄膜,在氬氣保護(hù)下,硒化氛圍中燒結(jié)重結(jié)晶形成致密的CIGS膜。通過SEM分析不同的燒結(jié)環(huán)境對成膜質(zhì)量的影響。 【關(guān)鍵詞】：銅銦鎵硒 銅鋅錫硒 納米晶 光伏材料 非注入法
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 太陽能電池發(fā)展的背景與意義10-11
• 1.2 太陽能電池的基本原理及分類11-13
• 1.3 CIGS薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 CIGS薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)和基本原理15-18
• 1.4.1 CIGS的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)16-18
• 1.5 CIGS吸收層的制備方法18-21
• 1.5.1 真空法18-19
• 1.5.2 非真空法19-21
• 1.6 論文的選題及研究方案21-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方案及表征方法23-27
• 2.1 納米晶材料的制備方法23-24
• 2.2 納米晶材料微觀結(jié)構(gòu)的表征方法24-26
• 2.2.1 X射線衍射儀(XRD)24-25
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)25
• 2.2.3 透射電子顯微鏡(TEM)25-26
• 2.3 納米晶材料元素組分和價(jià)態(tài)的表征方法26
• 2.4 納米晶材料的光學(xué)特性表征26-27
• 第三章 CIGS納米晶粒子的制備27-49
• 3.1 溶劑熱法合成CIGS納米晶粒子27-37
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑27
• 3.1.2 采用水合肼為溶劑合成CIGS納米晶粒子27-32
• 3.1.3 采用乙二胺為溶劑合成CIGS納米晶粒子32-37
• 3.2 非注入法合成CIGS納米晶粒子37-45
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑37-38
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟38
• 3.2.3 結(jié)果與討論38-45
• 3.3 Cu(InGa)Se2納米材料的制備45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第四章 CZTSe納米晶粒子的制備49-55
• 4.1 實(shí)驗(yàn)試劑49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)步驟49-50
• 4.3 結(jié)果與討論50-53
• 4.3.1 合成產(chǎn)物的形貌分析50-51
• 4.3.2 合成產(chǎn)物的組成分析51-53
• 4.4 CZTSe納米晶的光學(xué)特性測試53-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 漿料配制及吸收層制備55-59
• 5.1 實(shí)驗(yàn)試劑55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)步驟55-58
• 5.2.1 漿料制備55-56
• 5.2.2 CIGS吸收層的制備56-58
• 5.3 本章小結(jié)58-59
• 第六章 結(jié)論59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 攻碩期間取得的研究成果65

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