恒定衬底温度制备双梯度CIGS薄膜太阳电池研究.pdf

南开大学
硕士学位论文
恒定衬底温度制备双梯度CIGS薄膜太阳电池的研究
姓名:宋巍
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息处理
指导教师:李宝璋
2012-05
摘要铜铟镓硒薄膜太阳电池是以珿氲继灞∧ぷ魑N詹愕奶舻池。,其晶体结构为黄铜矿结构。薄膜太阳电池有鲋饕L氐悖浞直鹞#航矶仍.~姆段Я续可调、是一种直接带隙材料、抗辐照能力强、转换效率高、电池衰退少。近几年薄膜太阳电池得到了迅速的发展,成为国际光伏界的研究热点。;恍室经不是太阳能电池唯一需要解决的问题。如何实现产业化,以及如何降低成本,同样是目前有待解决的问题。共蒸发法工艺的“三步法”是制备高效薄膜太阳电池的方法之一。但是“三步法”在制备过程中需要改变衬底温度。在产业化生产中,面对大面积的衬底,如何均匀改变衬底温度是一个阻碍产业化发展的问题。如何改进“三步法”,使其在不改变衬底温度的条件下依然获得较高的电池性能是本论文研究的主要内容之一。论文提出了一种基于“三步法”的改进制备工艺,并且采用本工艺制备的薄膜太阳电池获得了较高的效率。论文对该工艺装备的薄膜及电池进行了多方面的讨论,其中包括:铜含量对吸收层形貌、结构以及电池的影响,衬底温度吸收层形貌、结构以及电池的影响,薄薄膜的结构、形貌以及薄吸收层对薄膜太阳电池的特性、从理论和实验两个方面讨论了镓梯度对薄膜太阳电池的影响。本文讨论了影响薄膜质量的常见因素在改进工艺中的作用,为共蒸发工艺在产业化的应用打下了基础。关键词:薄膜太阳电池,,共蒸发工艺,铜含量,衬底温度,镓梯度
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第一章引言第一节铜铟镓硒薄膜太阳电池发展概述铜铟镓硒薄膜太阳电池是以珿氲继灞∧ぷ魑N詹愕奶舻池。,其晶体结构为黄铜矿结构。薄膜太阳电池有鲋饕L氐悖直鹞#航矶仍.~姆段Я可调、是一种直接带隙材料、抗辐照能力强、转换效率高、电池衰退少。自年有人提出将其作为光伏材料以来【浚玫搅搜杆俚姆⒄梗晌9使夥界的研究热点。下面将简要介绍薄膜太阳电池的发展情况。年,由合成年,贝尔实验室的等制备出单晶结构的疌异质节光电探测器【。并报道了光电转换率为サ牡ゾ太阳电池。当时的单晶紫韧ü厶迳ぶ票福缓缶衅坠猓淌赐嘶鸬确绞酱恚后得到桶氲继宀牧稀年,贝尔实验室的等制备了疌太阳电池,电池的转换效率为%【引。年。笱У腒共蒸发单晶蚐诟接薪鹉さ玻璃衬底上制备出腜型∧ず螅绦舴腃以形成异质节,通过该方法制备的薄膜太阳电池效率达到了ァ】。年,波音公司的等通过“两步工艺”【俊8玫绯匾云胀úA衬底,玻璃表面溅射作为背电极。先沉积低电阻的富铜薄膜,之后生长高电阻的贫铜薄膜,并蒸发魑猲型窗口层。最后蒸发铝电极。此电池的结构是目前舻绯仄骷幕年,等采用代替龌撼宀悖岣吡似骷目B返压。使∧ぬ舻绯氐男蚀锏搅%年,等制备的舻绯氐淖;恍蚀锏搅ァ】。年,等制备的舻绯氐淖;恍蚀锏搅%【。第一章引言
第二节材料特性年,。制备的电池结构为玻璃衬底、电极、、⒍サ缂ā8媒峁沟纳杓贫缘绯氐亩搪返缌髅芏和填充因子均有很大的改善。同时,当时提出的溅射后硒化法,成为目前制备高效舻绯氐闹髁鞣椒ㄖ活琂。年,,,畇等采用四级质谱仪控制多源共蒸发制备吸收层,并用化学水浴法沉积的鑫;撼宀恪;》ㄖ票傅腃层有效改善了电池的开路电压与填充因子,,等通过掺入镓、硫的方法制备了具有带隙梯度的珿琒吸收层。吸收层背电极附近具有较高的镓浓度,可以提供较强的附加电场。同时,表面的硫可以降低界面复合。,美国国家可再生能源实验室用“三步共蒸发工艺”,,打破美国国家再生能源实验室维持了年的薄膜太阳电池转换效率的世界记录。同年拢票赋鲂饰%的电池,并保持至形成珿腃和粲贗.Ⅳ族半导体,。第一章引言。
澈’嫩’。婚园≥\籒四方黄铜矿结构。。图【拷锌矿结构的两个元胞同黄铜矿系元胞进行了比较。每个宓脑铜騃族的原子逶硒兴母黾6扛鑫佑胪约邦饔辛礁黾S捎贗.Ⅵ的键强和龅募恳话悴幌嗤Ц癯J萩/膊谎细竦扔。如/在惺牵.,在惺S谑牵晌;仆笙挡牧现兴方晶格畸变的一个量度。尘、黄铜矿系材料珿,。所有这些化合物都具有直接