銅銦硒太陽能電池材料的制備與表征及RTP的設(shè)計

【摘要】： 20世紀(jì)70年代全世界發(fā)生了以石油為代表的“能源危機(jī)”,這讓人們認(rèn)識到常規(guī)能源的局限性。隨著石油、天然氣等化石能源的迅速消耗,能源問題正受到人們廣泛的關(guān)注。太陽能作為一種可再生的清潔能源具有其它能源無法比擬的優(yōu)勢,而利用太陽能光伏技術(shù)發(fā)電,已成為能源利用不可逆轉(zhuǎn)的潮流。Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)薄膜太陽能電池有非常高的理論轉(zhuǎn)化效率(高達(dá)30%),高的吸收系數(shù)(105量級),穩(wěn)定性好,對材料缺陷的容忍度高等優(yōu)點(diǎn)成為了近年來電池研究的熱點(diǎn)。 本論文具體研究的內(nèi)容和主要結(jié)論如下: (1)采用電沉積法制備銅銦硒(CuInSe_2)薄膜太陽能電池材料,并研究了鍍液中不同元素比例對預(yù)制膜成分的影響。 (2)用管式爐對預(yù)制膜進(jìn)行硒化,研究了不同硒化條件對薄膜的影響,包括溫度、預(yù)制膜中Cu/In比例和時間等。當(dāng)預(yù)制膜中Cu/In比例接近1:1(稍微富銅),在溫度550℃、熱處理時間30min的硒化條件下薄膜的結(jié)晶質(zhì)量最好。 (3)用拉曼光譜探測Cu-In-2Se預(yù)制膜在熱處理過程中的晶相,由此推斷薄膜形成過程。在沒有高的飽和Se氣氛的保護(hù)下,中間相Cu-Se,In-Se,Se和CuAu-CIS相等很容易在預(yù)制膜中形成,預(yù)制膜內(nèi)的原子排列結(jié)構(gòu)與CIS晶體相似。二元的硒化物通過與Cu,Se原子或離子之間的擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)镃IS。γ-CuSe和CIS的形成溫度在170℃左右。 (4)設(shè)計并組裝了一個快速升溫的設(shè)備RTP(Rapid Thermal Processing)。該設(shè)備的最高升溫速率為25℃/s。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 銅銦硒(CIS) 電沉積 硒化 快速熱處理(RTP)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-14
• 1.1 引言7-8
• 1.2 太陽能光電的研究、應(yīng)用歷史及領(lǐng)域8-10
• 1.2.1 太陽光8-9
• 1.2.2 太陽能光電的應(yīng)用歷史9-10
• 1.2.3 太陽能電池的應(yīng)用領(lǐng)域10
• 1.3 太陽能電池的原理10-12
• 1.4 太陽能電池的分類12-13
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容13-14
• 第二章 銅銦硒（CuInSe_2）太陽能電池14-41
• 2.1 銅銦硒薄膜（CuInSe_2）材料14-17
• 2.1.1 CuInSe_2 薄膜材料作為太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)14
• 2.1.2 CuInSe_2 的材料特性14-17
• 2.1.2.1 物理特性14-15
• 2.1.2.2 電學(xué)特性15-16
• 2.1.2.3 半導(dǎo)體特性與成分關(guān)系16-17
• 2.2 CIS 太陽能電池的結(jié)構(gòu)及吸收層的制備方法17-20
• 2.2.1 CIS 太陽能電池的結(jié)構(gòu)17
• 2.2.2 CIS 吸收層的制備方法17-20
• 2.3 下襯底太陽能電池的制備20-37
• 2.3.1 電池的制備過程20-21
• 2.3.2 電沉積制備CIS 薄膜21-23
• 2.3.2.1 電沉積制備CIS 薄膜的原料21
• 2.3.2.2 實(shí)驗過程21-23
• 2.3.2.3 溶液中元素比例對預(yù)制膜的影響23
• 2.3.3 硒化對薄膜的影響23-37
• 2.3.3.1 預(yù)制膜的成分對硒化后薄膜的影響24-26
• 2.3.3.2 硒化時間26
• 2.3.3.3 硒化溫度對薄膜質(zhì)量的影響26-28
• 2.3.3.4 拉曼光譜檢測硒化過程中晶相的形成過程28-33
• 2.3.3.5 RTP 過程硒化 CIS 預(yù)制膜33-36
• 2.3.3.6 總結(jié)36-37
• 2.4 上襯底太陽能電池的制備37-41
• 2.4.1 電池的制備過程37
• 2.4.2 電沉積制備 In_2Se_3/CuInSe_237
• 2.4.3 分析和討論37-41
• 第三章 快速升溫爐的設(shè)計41-51
• 3.1 快速熱處理的發(fā)展歷程41-42
• 3.2 快速熱處理工藝與常規(guī)熱處理的的區(qū)別42-43
• 3.3 PID 控制理論43-44
• 3.4 快速退火爐的設(shè)計44-49
• 3.4.1 加熱系統(tǒng)的設(shè)計44-47
• 3.4.2 溫控系統(tǒng)設(shè)計47-49
• 3.5 總結(jié)和討論49-51
• 第四章 全文總結(jié)及展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 致謝56-57
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與有關(guān)工作57

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