銅基光吸收層薄膜的綠色溶液法制備及其光伏器件研究.pdf

1、銅基薄膜太陽電池有著諸多優(yōu)點(diǎn),其光電轉(zhuǎn)換效率居于各種薄膜太陽電池之首,引起了光伏界的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的真空工藝存在著成本高昂、制程復(fù)雜等問題,為了進(jìn)一步降低成本、簡(jiǎn)化制程,研究人員將精力轉(zhuǎn)向CIGS的非真空制備工藝。本論文即探索了成本低廉、綠色環(huán)保、適于大面積應(yīng)用的銅基薄膜電池非真空工藝。論文主要包括三個(gè)部分,具體內(nèi)容如下:
　　第一部分,銅銦硒硫(CISS)光吸收層薄膜的制備與表征:首先,探索出新型前驅(qū)體溶液的綠色合成技術(shù)工藝。本

2、文選擇了Cu(NO3)2·3H2O和InCl3·4H2O分別作為前驅(qū)物中的Cu源及In源,使用無水乙醇作為溶劑,選用低沸點(diǎn)的正丁胺作為絡(luò)合劑,使用CS2作為增稠劑和硫源;并研究了Cu/In化學(xué)計(jì)量比對(duì)CISS薄膜質(zhì)量的影響,并得到最佳配比為Cu/In=0.8/1.0。其次,對(duì)成膜方法及預(yù)處理工藝進(jìn)行了研究。通過對(duì)刮涂法和旋涂法兩種不同成膜工藝的的比較,得出旋涂工藝更適于本前驅(qū)體溶液的均勻成膜;同時(shí),探索出最佳的預(yù)處理?xiàng)l件為:氣氛:N2;

3、加熱溫度:350℃;處理時(shí)間:5min。第三,研究了預(yù)置膜的硒化和硫化工藝。本論文選擇固態(tài)硒粉和硫粉分別作為硒源和硫源,采用雙溫區(qū)管式爐進(jìn)行硒化和硫化處理,并研究得到最佳工藝參數(shù)為:硒化溫度550℃,硒化時(shí)間60min,硫化溫度550℃,硫化時(shí)間20min;最后,CISS薄膜的性能表征。通過XRD、SEM、Raman、EDS及UV-VIS-IR等表征,結(jié)果顯示:薄膜具有(112)擇優(yōu)取向的黃銅礦結(jié)構(gòu),并制備出了大晶粒且致密的高質(zhì)量薄膜,

4、其帶隙值約為1.25eV,所制CISS光吸收層薄膜適于制備太陽電池器件。
　　第二部分,銅鋅錫硫(CZTS)光吸收層的制備與表征:針對(duì) CIGS太陽電池中的銦和鎵儲(chǔ)量有限、價(jià)格高昂的問題,本論文使用儲(chǔ)量豐富且環(huán)境友好的Zn、Sn代替In、Ga,制備出銅鋅錫硫太陽電池。本實(shí)驗(yàn)將正丁胺和CS2這組綠色溶劑試用于制備CZTS吸收層薄膜,并且探索出與之相適應(yīng)的制備工藝:硒化溫度500℃,硒化時(shí)間60min,硫化溫度500℃,硫化時(shí)間20m

5、in。通過XRD、SEM、Raman、EDS及UV-VIS-IR等表征,結(jié)果顯示:薄膜屬于黃錫礦結(jié)構(gòu),同樣得到了大晶粒致密薄膜,其帶隙值約為1.24eV。
　　第三部分,原理型光伏器件的制備:本論文采用化學(xué)浴法制備緩沖層 CdS薄膜,沉積條件為:水浴溫度60℃、反應(yīng)時(shí)間20min;采用磁控濺射法制備窗口層,氣氛分壓0.8Pa、濺射功率150W、濺射時(shí)間30min;采用熱蒸發(fā)法制備頂電極,選用了銀作為頂電極材料。對(duì)所制備的原理型器件