铜铟镓硒硫（CIGSS）薄膜太阳能电池相关材料的制备与研究

【摘要】：铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池具有成本低、使用寿命长、无光致衰退效应、稳定性好、抗辐射能力强、高吸收效率和高光电转换效率、吸收层材料光学禁带宽度可调等优点,从而被认为是最有发展前途的薄膜太阳能电池之一。本论文涉及的实验中采用三步共蒸发法制备CIGS吸收层薄膜,并对其它各层薄膜进行了优化,制备了CIGS电池器件；为了提高CIGS薄膜的光学禁带宽度,通过对三步共蒸发法制备的CIGS薄膜进行表面硫化处理得到铜铟镓硒硫(CIGSS)薄膜；采用磁控溅射法制备新型透明导电层SnO2:Sb (ATO)薄膜,并首次将其作为CIGS薄膜太阳能电池的透明导电层,制备了电池器件。 通过直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了结合优良且电阻率较低的双层Mo背电极,三步共蒸发法制备了结晶良好的CIGS吸收层,CBD法制备了相对平整均匀的CdS缓冲层,磁控溅射法制备了高透过率的本征ZnO、AZO窗口层,蒸发法制备了山字形Ni-Al电极,最终制备了光电转换效率为10.3%的CIGS太阳电池器件。 通过在硫化氢和氩气的混合气氛内对三步共蒸发法制备的CIGS薄膜进行表面硫化处理,从而在CIGS薄膜表面获得一层高禁带宽度的CIGSS薄膜来提高薄膜表面的带隙。研究了在不同硫化条件下硫化后的吸收层薄膜的晶相,微观结构以及化学成分的变化。通过优化硫化工艺参数,最终在硫化温度为550℃,硫化时间为60分钟时,在CIGS薄膜表面制备了一层厚度为200nm左右的黄铜矿结构没有杂相的CIGSS薄膜。 通过优化溅射工艺参数后,制备得到的ATO薄膜具有良好结晶程度,在可见光的范围内透过率较高。首次将ATO薄膜代替传统AZO薄膜用来作为CIGS薄膜电池的透明导电层,制备得到了光电转换效率为2.2%的CIGS电池器件。 【关键词】：铜铟镓硒硫 硫化法 太阳能电池 ATO透明导电薄膜 磁控溅射
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 目录11-13
• 插图清单13-15
• 表格清单15-16
• 第一章 绪论16-29
• 1.1 引言16-17
• 1.2 太阳能电池17-22
• 1.2.1 太阳能电池发展史17-18
• 1.2.2 太阳能电池工作原理及基本性能参数18-20
• 1.2.3 太阳能电池分类20-22
• 1.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池22-27
• 1.3.1 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展22-23
• 1.3.2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法23-25
• 1.3.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的结构25-27
• 1.4 掺锑SnO_2薄膜(ATO)27-28
• 1.4.1 ATO薄膜简介27
• 1.4.2 ATO薄膜的制备方法27-28
• 1.5 本论文的研究工作28-29
• 第二章 铜铟镓硒薄膜电池制备及性能研究29-49
• 2.1 引言29
• 2.2 衬底的选择及清洗29-30
• 2.3 背电极Mo层的制备及表征30-33
• 2.3.1 背电极的选材30
• 2.3.2 背电极Mo的制备30-31
• 2.3.3 背电极Mo的表征31-33
• 2.4 吸收层CIGS的制备及表征33-38
• 2.4.1 蒸发法制备CIGS薄膜33-35
• 2.4.2 CIGS薄膜的表征35-38
• 2.5 CdS缓冲层的制备38-41
• 2.6 窗口层本征ZnO和掺铝氧化锌AZO的制备41-44
• 2.7 上电极的制备44-45
• 2.8 CIGS电池性能测试及表征45-47
• 2.9 本章小结47-49
• 第三章 铜铟镓硒硫薄膜的制备及表征49-60
• 3.1 引言49-50
• 3.2 实验过程50-51
• 3.3 铜铟镓硒/铜铟镓硒硫薄膜的性能表征51-58
• 3.4 电池制备及性能58-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第四章 掺锑氧化锡薄膜的制备与性能表征60-68
• 4.1 引言60
• 4.2 实验过程60-61
• 4.3 ATO薄膜的性能表征61-66
• 4.3.1 ATO薄膜的晶体结构61-62
• 4.3.2 ATO薄膜的形貌结构62-63
• 4.3.3 ATO薄膜的元素分析63-64
• 4.3.4 ATO薄膜的光学、电学性能64-66
• 4.4 电池制备及性能66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 总结和展望68-70
• 5.1 总结68
• 5.2 展望68-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间的论文及成果情况76

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