銅銦鎵硒薄膜太陽電池窗口層和緩沖層材料的研究.pdf

1、能源短缺和環(huán)境污染已成為工業(yè)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展面臨的嚴(yán)重問題和挑戰(zhàn)，尋求和利用低成本的可再生能源（綠色能源）變得越來越重要。太陽能是一種清潔、豐富的可再生能源，太陽電池是利用光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太陽電池因其高轉(zhuǎn)換效率、突出的穩(wěn)定性和在多個領(lǐng)域的廣泛的應(yīng)用而日益受到人們的青睞。電池的光電轉(zhuǎn)換效率是衡量電池效率的一個非常重要的指標(biāo)，對CIGS薄膜太陽電池而言，CIGS吸收層的優(yōu)化是提升其

2、電池效率的重要方面，而其它功能層，如TCO層和CdS緩沖層的優(yōu)化同樣有至關(guān)重要的作用。透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料通常用作CIGS薄膜太陽電池作為窗口層，允許光進(jìn)入太陽電池的同時提取光電子。氧化銦錫(ITO)和摻雜ZnO薄膜光電性能優(yōu)異(高透射率和導(dǎo)電性)，都是CIGS薄膜太陽電池中重要的窗口層材料。ITO和ZnO:Al(AZO)薄膜通常采用磁控濺射法沉積，此法穩(wěn)定且工藝可控。另一種重要的摻雜 ZnO材料即 ZnO:B(BZO)薄膜通常

3、采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)技術(shù)沉積。通過調(diào)節(jié)LPCVD-BZO沉積的工藝參數(shù)可獲得具有特定表面形貌和良好光電性能的BZO薄膜。上述TCO窗口層在實(shí)現(xiàn)高效率的CIGS薄膜太陽電池過程中發(fā)揮了重要作用，其作用機(jī)理仍需深入研究。CdS薄膜作為 CIGS薄膜太陽電池中非常重要的功能層之一已經(jīng)引起了眾多的關(guān)注。高效率的CIGS薄膜太陽電池通常采用化學(xué)浴沉積( CBD)技術(shù)制備的CdS薄膜作為緩沖層。然而，CBD-CdS緩沖層對CIGS薄膜

4、太陽電池的影響迄今尚不清楚。CBD-CdS緩沖層的研究和優(yōu)化將有利于CIGS薄膜太陽電池性能的進(jìn)一步提升。
　　本文研究了不同襯底溫度下沉積的BZO薄膜的材料特性，同時，將BZO薄膜作為窗口層，應(yīng)用在CIGS薄膜太陽電池中，研究了襯底溫度對CIGS薄膜太陽電池的影響。此外，將磁控濺射法制備的ITO薄膜、磁控濺射法制備的AZO薄膜及LPCVD法沉積的BZO薄膜分別作為窗口層，應(yīng)用在CIGS薄膜太陽電池中，比較三種窗口層材料對CIGS

5、薄膜太陽電池性能的影響。結(jié)果表明，隨著襯底溫度的增加，BZO薄膜的沉積速率增加，晶粒生長方向有單一取向生長變?yōu)槎嗳∠蛏L。在襯底溫度為153℃時，BZO薄膜表面呈現(xiàn)金字塔形且晶粒尺寸較大，載流子遷移率較高；同時，載流子濃度相對較高，所以BZO薄膜電阻率最低。在襯底溫度為119℃時，CIGS薄膜太陽電池獲得了11.7％的最高光電轉(zhuǎn)換效率。與AZO和ITO窗口層相比，BZO薄膜在整個波段范圍，尤其在近紅外區(qū)的光透過率較高，對應(yīng)CIGS薄膜電

6、池的Jsc較高。但是，利用AZO和ITO做窗口層的CIGS薄膜太陽電池的Voc和FF較高，綜合來看，電池效率偏高。采用優(yōu)化的AZO薄膜做窗口層的CIGS薄膜太陽電池獲得了12.2%的最高光電轉(zhuǎn)換效率。利用CBD法，分別采用硫酸鎘和醋酸鎘為鎘源沉積CdS層，并應(yīng)用于CIGS薄膜太陽電池中。當(dāng)使用硫酸鎘作為鎘源時，CdS薄膜沉積速率較慢，CdS顆粒較小，可以更好地覆蓋在CIGS吸收層表面，CIGS薄膜太陽電池的Voc和FF較高，從而，電池效