CIGS薄膜太陽能電池的工藝研究與制造

【摘要】：太陽能電池作為發(fā)展最快的清潔能源,具有無噪聲、無污染、不受地域的限制、利用成本低的特點。近幾年來薄膜電池得到了高速發(fā)展,其中銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)、高吸收效率和轉(zhuǎn)化效率、吸收層材料禁帶寬度可調(diào)等優(yōu)點,受到了國際光伏界的廣泛關(guān)注。 本文在查閱國內(nèi)外大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)闡述了CIGS太陽能電池的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能參數(shù)及各參數(shù)對電池特性的影響。針對現(xiàn)行CIGS共蒸發(fā)和后硒化法工藝相對復(fù)雜、制備周期較長的缺點,實驗創(chuàng)新采用了在薄膜沉積工藝中較為成熟的濺射技術(shù),射頻磁控濺射得到CIGS吸收層,所用靶材是燒結(jié)CIGS靶材,并對底電極Mo、吸收層CIGS、緩沖層CdS、窗口層ZnO與ZAO進(jìn)行單項工藝研究。實驗中嘗試改變?yōu)R射氣壓、襯底溫度、退火條件、溶液配比等工藝參數(shù),并借助場發(fā)射電鏡(FESEM)、光電子能譜(EDS)、X射線衍射(XRD)、紫外分光光度計等測試,對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、透射率、電阻率等光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析,以優(yōu)化工藝參數(shù),得到品質(zhì)較好的單層薄膜。 實驗采用雙層濺射法在玻璃襯底上得到結(jié)合優(yōu)良且電阻率較低的Mo電極;在襯底加熱下的條件下射頻磁控濺射得到了與Mo結(jié)合較好的CIGS薄膜,通過退火提高了晶化程度并降低了薄膜電阻率;通過調(diào)整溶液配比,用化學(xué)水浴法制備得到了相對平整均勻、在580nm以上具有高透射率的CdS緩沖層,并對濺射法制備CdS進(jìn)行了初步研究;采用濺射工藝制備了對可見光具有高透過性的ZnO與ZAO窗口層,通過提高濺射氣壓,降低了ZAO邊沿處的電阻率并增大了禁帶寬度;利用硬掩膜遮擋,濺射得到了圖形化好的Al電極。最后,制備得到了CIGS太陽能電池原型器件,測量其轉(zhuǎn)換效率為2.14% 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 銅銦鎵硒 薄膜 磁控濺射 化學(xué)水浴沉積
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 太陽能電池的發(fā)展11-21
• 1.1 太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2 太陽能電池的分類12-16
• 1.2.1 硅基太陽能電池12-13
• 1.2.2 多元化合物薄膜太陽能電池13-14
• 1.2.3 有機(jī)薄膜太陽能電池14-15
• 1.2.4 納米薄膜太陽能電池15-16
• 1.3 CIGS 太陽能電池的發(fā)展與現(xiàn)狀16-18
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容與研究意義18-19
• 參考文獻(xiàn)19-21
• 第二章 CIGS 太陽能電池的結(jié)構(gòu)與原理21-30
• 2.1 太陽能電池原理21-25
• 2.1.1 p-n 結(jié)21-22
• 2.1.2 光電效應(yīng)22-23
• 2.1.3 太陽能電池特性參數(shù)23-24
• 2.1.4 太陽能電池等效電路24-25
• 2.2 CIGS 太陽能電池結(jié)構(gòu)及工作原理25-29
• 參考文獻(xiàn)29-30
• 第三章 CIGS 太陽能電池的工藝研究30-66
• 3.1 磁控濺射30-32
• 3.2 襯底的選擇與清洗32-33
• 3.3 底電極Mo 的制備33-36
• 3.3.1 濺射功率對成膜速率及質(zhì)量的影響33-34
• 3.3.2 濺射氣壓對薄膜質(zhì)量及電阻率的影響34-35
• 3.3.3 薄膜的表面形貌和相結(jié)構(gòu)35-36
• 3.3.4 Mo 電極制備方案36
• 3.4 吸收層CIGS 的制備36-44
• 3.4.1 CIGS 材料特性及其制備工藝36-38
• 3.4.2 成膜情況初析38-39
• 3.4.3 襯底溫度與后退火對顯微結(jié)構(gòu)的影響39-42
• 3.4.4 濺射條件與退火對薄膜電阻率的影響42-43
• 3.4.5 CIGS 薄膜的光吸收特性43-44
• 3.5 緩沖層CdS 的制備44-52
• 3.5.1 CdS 材料特性44-45
• 3.5.2 CBD 法與RF 磁控濺射制備CdS45-47
• 3.5.3 成膜情況初析47-48
• 3.5.4 工藝參數(shù)對顯微形貌和相結(jié)構(gòu)的影響48-51
• 3.5.5 CdS 薄膜的光透過性51-52
• 3.6 窗口層i-ZnO 與n-ZnO 的制備52-60
• 3.6.1 i-ZnO 與n-ZnO 的材料特性52-54
• 3.6.2 成膜情況初析54
• 3.6.3 工藝參數(shù)對顯微形貌和相結(jié)構(gòu)的影響54-57
• 3.6.4 濺射氣壓對ZAO 電阻率的影響57-58
• 3.6.5 ZnO 與ZAO 薄膜的光透過性分析58-60
• 3.7 上電極的制備60-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 第四章 原型器件的制備及測試結(jié)果66-71
• 4.1 工藝整合中遇到的問題及解決辦法66-67
• 4.2 器件制備工藝流程67-68
• 4.3 電池性能測試結(jié)果及分析68-70
• 參考文獻(xiàn)70-71
• 第五章 總結(jié)和展望71-73
• 5.1 結(jié)論71-72
• 5.2 展望72-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及專利74-75
• 附錄75-77

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