CIAS薄膜光伏材料的研究

【摘要】： 近年来,CuInSe_2类薄膜太阳能电池以其较高的转换效率,较低的成本以及较稳定的性能备受人们关注。而且其生产正趋于商业化,如何提高电池的光电转换效率成为研究的关键,而吸收层CIS类材料正是影响电池光电转换效率的关键因素。研究表明,通过掺杂第三或第四族元素可以增加CuInSe_2的禁带宽度(Eg)和太阳光谱的配合度得到更高的效率。由于Al的价格比较低廉,用Al来部分的替代In,不仅可获得较宽带系的合金层,改善CuInSe_2类薄膜太阳能电池的性能,而且还可以大大的降低成本,这也正是本实验研究用Al来部分的代替In,制备Cu(In_(1-x)Al_x)Se_2多晶薄膜材料的意义所在。 本实验使用DMX-220A型比较简单的常规小型镀膜设备,采用先沉积In-Al-Cu多层膜预制层,后用自制的真空硒化退火装置来获得Cu(In_(1-x)Al_x)Se_2多晶薄膜。进而,对制得的样品用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDX)、四探针电阻测试仪、分光光度计等进行了检测,并对结果进行了分析。研究最佳的制备工艺,并研究其中Al含量对薄膜形貌和结构的影响。 对薄膜制备工艺研究表明:真空蒸发制备In-Al-Cu预制层后,在500℃,退火1h的条件下,用一步硒化退火法制备的薄膜质量较好。而且通过SEM和XRD微观形貌结构分析发现,薄膜中Al的含量对薄膜的表面形貌和结构有一定的影响。Al/(In+Al)比例越大,越容易获得尺寸较小,分布比较均匀的晶粒。而且当Al的含量增加时, Cu(In_(1-X)Al_X)Se_2峰的位置会在更大的2θ处出现。同时Al含量对薄膜的方阻有一定的影响,Al含量越高,方阻越大。Al含量可以调节薄膜的禁带宽度的大小。正由于Cu(In_(1-X)Al_X)Se_2薄膜的这个特性,使其在太阳能电池应用方面有着突出的地位。 【关键词】：Cu(In_(1-x)Al_x)Se_2薄膜 硒化 Al/(In+Al)
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 太阳能电池的工作原理及发电方式11-12
• 1.2 太阳能电池的发展12-14
• 1.2.1 第一代太阳能电池——单晶硅光伏电池12-13
• 1.2.2 第二代太阳能电池——薄膜型13-14
• 1.2.3 第三代太阳能光伏电池14
• 1.3 CIS 类薄膜太阳能电池14-18
• 1.3.1 CIS 晶体结构15
• 1.3.2 CIS 类薄膜的性能15-17
• 1.3.3 CIAS 类太阳能结构和特点17-18
• 1.4 CIAS 薄膜的制备方法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 预制层制备---共蒸发( Co- evaporation)19-20
• 1.4.4 CIA 预制层制备---共溅射( Co- sputtering)20
• 1.4.5 多层膜及多层膜法制备CIA 多层膜20-21
• 1.5 CIS 发展历史和研究现状21-23
• 1.6 目前存在的问题及发展趋势23-24
• 1.7 论文选题24-26
• 第二章 实验过程26-34
• 2.1 实验设备26-30
• 2.1.1 真空蒸发镀膜设备26-27
• 2.1.2 镀膜机真空室的结构27-28
• 2.1.3 自制真空硒化退火装置28-30
• 2.2 检测设备30-34
• 2.2.1 薄膜厚度的检测30-31
• 2.2.2 薄膜电学性能检测---四探针测试仪31-32
• 2.2.3 薄膜光学性能检测---紫外-可见分光光度计32
• 2.2.4 扫描电镜(SEM)分析32-33
• 2.2.5 能谱仪(INCA)分析33
• 2.2.6 X 射线衍射(XRD)分析33-34
• 第三章 测试结果与分析34-59
• 3.1 CIAS 各蒸发元素沉积速率的计算35-39
• 3.1.1 对比称重法和EDS 检测得到的元素比例35-36
• 3.1.2 各元素的沉积速率36-39
• 本节小结39
• 3.2 CIA 预制层与CIAS 薄膜形貌和结构对比分析39-45
• 3.2.1 SEM 与EDS 对比分析39-42
• 3.2.2 XRD 对比分析42-43
• 3.2.3 厚度和电阻率的检测分析43-44
• 本节小结44-45
• 3.3 CIAS 薄膜的不同制备工艺检测分析45-51
• 3.2.1 硒化方法简述45-46
• 3.3.2 硒化退火工艺的影响46-47
• 3.3.3 退火温度的影响47-48
• 3.3.4 退火时间对薄膜结构的影响48-50
• 3.3.5 硒化对多层膜成分的影响50-51
• 本节小结51
• 3.4 铝含量对薄膜性能的影响51-58
• 3.4.1 铝含量对薄膜表面形貌的影响51-53
• 3.4.2 铝含量对薄膜晶体结构的影响53-54
• 3.4.3 Al 含量对薄膜电阻的影响54-55
• 3.4.4 Al 含量对薄膜禁带宽度的影响55-58
• 本节小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文64-65
• 致谢65-66

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