銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池研究.pdf

1、銅銦鎵硒Cu（InGa）Se2（CIGS）薄膜太陽能電池,具有轉(zhuǎn)換效率高、成本低、穩(wěn)定性好等特點,是最有發(fā)展前景的薄膜太陽能電池之一。到目前為止,基于三步共蒸發(fā)工藝制備的CIGS薄膜太陽能電池的效率已達19.99％,是所有薄膜太陽能電池中最高的。盡管這種制備方法有很多優(yōu)點,制備成分均勻的大面積電池卻具有難以克服的困難,不能滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的要求。在CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化進程中,克服其層間的附著力差,制備符合化學計量比具有黃銅礦結(jié)構(gòu)

2、的多晶薄膜吸收層是必須解決的兩個最重要的工藝技術(shù)。
　　本論文主要研究一種工藝簡單、可控、適合產(chǎn)業(yè)化需要的技術(shù)工藝,即濺射制備合金預(yù)制膜后硒化的制備方法。研究采用的濺射系統(tǒng),是本中心自行設(shè)計研制的三靶共濺設(shè)備,陰極大小為3英寸,襯底基座可以旋轉(zhuǎn),以保證制備薄膜的均勻。首先,在堿石灰玻璃襯底上制備厚度約1微米的鉬電極,在濺射過程中通過改變工作氣壓,使Mo電極具有類似層狀結(jié)構(gòu),消除了內(nèi)應(yīng)力的影響。通過掃描電鏡分析,薄膜表面具有魚鱗狀結(jié)

3、構(gòu),從而增加了Mo電極和CIGS吸收層之間的接觸面積。Mo電極和玻璃襯底之間,及其和CIGS吸收層之間的附著力得到顯著提高。然后,在沉積有Mo電極的玻璃襯底上,通過共濺射的方法制備約700納米厚度的Cu（InGa）預(yù)制層薄膜,靶材采用CuIn和CuGa合金靶。硒化采用低溫和高溫過程依次進行的2步方法,采用固態(tài)硒源,硒化室是一個半密封的石墨盒。通過在高溫區(qū)保溫30分鐘,制備出了性能優(yōu)異的CIGS吸收層薄膜,具有（112）晶面擇優(yōu)取向,顯示

4、明顯的黃銅礦單一結(jié)構(gòu)。薄膜表面平整,晶粒大小均勻、排列緊密,晶粒大小達到3到5微米。用化學水浴法,制備厚度約70納米的CdS過渡層。分別采用醋酸鎘和硫尿作為鎘源和硫源。研究了ZnS薄膜的制備工藝,對無鎘電池的制備做了初步探索。最后用射頻磁控濺射的方法,研究了常溫下制備透明導電材料IT0和ZnO的制備工藝,研究了濺射功率和濺射氣壓對薄膜性能的影響。所制備的透明導電薄膜在可見光譜范圍內(nèi),透過率到達80%到90%,方塊電阻達到15Ω/□以下。

5、在CIGS薄膜太陽能中,作為上電極材料,具有廣泛的應(yīng)用前景。通過大量的實驗,優(yōu)化了背電極Mo、吸收層CIGS、過渡層CdS（ZnS）、本征氧化鋅i-ZnO和攙雜氧化鋅n-ZnO（或者ITO）的制備工藝。最后,制備出了結(jié)構(gòu)為Glass/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/n-ZnO/A1的CIGS電池器件。對器件的性能做了測試分析,在沒有減反射層的情況下,轉(zhuǎn)化效率達到7.8%。該研究采用的CIGS薄膜太陽能電池的制備工藝簡單、過程容易控制