CIAS薄膜光伏材料的研究

【摘要】： 近年來,CuInSe_2類薄膜太陽能電池以其較高的轉(zhuǎn)換效率,較低的成本以及較穩(wěn)定的性能備受人們關(guān)注。而且其生產(chǎn)正趨于商業(yè)化,如何提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率成為研究的關(guān)鍵,而吸收層CIS類材料正是影響電池光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素。研究表明,通過摻雜第三或第四族元素可以增加CuInSe_2的禁帶寬度(Eg)和太陽光譜的配合度得到更高的效率。由于Al的價(jià)格比較低廉,用Al來部分的替代In,不僅可獲得較寬帶系的合金層,改善CuInSe_2類薄膜太陽能電池的性能,而且還可以大大的降低成本,這也正是本實(shí)驗(yàn)研究用Al來部分的代替In,制備Cu(In_(1-x)Al_x)Se_2多晶薄膜材料的意義所在。 本實(shí)驗(yàn)使用DMX-220A型比較簡單的常規(guī)小型鍍膜設(shè)備,采用先沉積In-Al-Cu多層膜預(yù)制層,后用自制的真空硒化退火裝置來獲得Cu(In_(1-x)Al_x)Se_2多晶薄膜。進(jìn)而,對(duì)制得的樣品用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDX)、四探針電阻測試儀、分光光度計(jì)等進(jìn)行了檢測,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。研究最佳的制備工藝,并研究其中Al含量對(duì)薄膜形貌和結(jié)構(gòu)的影響。 對(duì)薄膜制備工藝研究表明:真空蒸發(fā)制備In-Al-Cu預(yù)制層后,在500℃,退火1h的條件下,用一步硒化退火法制備的薄膜質(zhì)量較好。而且通過SEM和XRD微觀形貌結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),薄膜中Al的含量對(duì)薄膜的表面形貌和結(jié)構(gòu)有一定的影響。Al/(In+Al)比例越大,越容易獲得尺寸較小,分布比較均勻的晶粒。而且當(dāng)Al的含量增加時(shí), Cu(In_(1-X)Al_X)Se_2峰的位置會(huì)在更大的2θ處出現(xiàn)。同時(shí)Al含量對(duì)薄膜的方阻有一定的影響,Al含量越高,方阻越大。Al含量可以調(diào)節(jié)薄膜的禁帶寬度的大小。正由于Cu(In_(1-X)Al_X)Se_2薄膜的這個(gè)特性,使其在太陽能電池應(yīng)用方面有著突出的地位。 【關(guān)鍵詞】：Cu(In_(1-x)Al_x)Se_2薄膜 硒化 Al/(In+Al)
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 太陽能電池的工作原理及發(fā)電方式11-12
• 1.2 太陽能電池的發(fā)展12-14
• 1.2.1 第一代太陽能電池——單晶硅光伏電池12-13
• 1.2.2 第二代太陽能電池——薄膜型13-14
• 1.2.3 第三代太陽能光伏電池14
• 1.3 CIS 類薄膜太陽能電池14-18
• 1.3.1 CIS 晶體結(jié)構(gòu)15
• 1.3.2 CIS 類薄膜的性能15-17
• 1.3.3 CIAS 類太陽能結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)17-18
• 1.4 CIAS 薄膜的制備方法18-21
• 1.4.1 四源共蒸法18-19
• 1.4.2 硒化/硫化法(Selenization/Sulfurization)19
• 1.4.3 CIA 預(yù)制層制備---共蒸發(fā)( Co- evaporation)19-20
• 1.4.4 CIA 預(yù)制層制備---共濺射( Co- sputtering)20
• 1.4.5 多層膜及多層膜法制備CIA 多層膜20-21
• 1.5 CIS 發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀21-23
• 1.6 目前存在的問題及發(fā)展趨勢23-24
• 1.7 論文選題24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)過程26-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備26-30
• 2.1.1 真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備26-27
• 2.1.2 鍍膜機(jī)真空室的結(jié)構(gòu)27-28
• 2.1.3 自制真空硒化退火裝置28-30
• 2.2 檢測設(shè)備30-34
• 2.2.1 薄膜厚度的檢測30-31
• 2.2.2 薄膜電學(xué)性能檢測---四探針測試儀31-32
• 2.2.3 薄膜光學(xué)性能檢測---紫外-可見分光光度計(jì)32
• 2.2.4 掃描電鏡(SEM)分析32-33
• 2.2.5 能譜儀(INCA)分析33
• 2.2.6 X 射線衍射(XRD)分析33-34
• 第三章 測試結(jié)果與分析34-59
• 3.1 CIAS 各蒸發(fā)元素沉積速率的計(jì)算35-39
• 3.1.1 對(duì)比稱重法和EDS 檢測得到的元素比例35-36
• 3.1.2 各元素的沉積速率36-39
• 本節(jié)小結(jié)39
• 3.2 CIA 預(yù)制層與CIAS 薄膜形貌和結(jié)構(gòu)對(duì)比分析39-45
• 3.2.1 SEM 與EDS 對(duì)比分析39-42
• 3.2.2 XRD 對(duì)比分析42-43
• 3.2.3 厚度和電阻率的檢測分析43-44
• 本節(jié)小結(jié)44-45
• 3.3 CIAS 薄膜的不同制備工藝檢測分析45-51
• 3.2.1 硒化方法簡述45-46
• 3.3.2 硒化退火工藝的影響46-47
• 3.3.3 退火溫度的影響47-48
• 3.3.4 退火時(shí)間對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的影響48-50
• 3.3.5 硒化對(duì)多層膜成分的影響50-51
• 本節(jié)小結(jié)51
• 3.4 鋁含量對(duì)薄膜性能的影響51-58
• 3.4.1 鋁含量對(duì)薄膜表面形貌的影響51-53
• 3.4.2 鋁含量對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響53-54
• 3.4.3 Al 含量對(duì)薄膜電阻的影響54-55
• 3.4.4 Al 含量對(duì)薄膜禁帶寬度的影響55-58
• 本節(jié)小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64-65
• 致謝65-66

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