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铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS吸收层的研究与制备

作　者: 王正安
导　师: 黄素梅
学　校: 华东师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 薄膜太阳能电池铜铟镓硒磁控溅射硒化
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 653次
引　用: 2次
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内容摘要

能源短缺问题已经成为本世纪制约社会进步和经济发展的重大问题。随着煤、石油、天然气三大传统非可再生能源日益枯竭,发展新的清洁能源来代替传统能源已经成为解决能源危机最有效的途径。风能、水能、核能以及太阳能作为清洁能源的主要代表,成为传统能源替代品的代表,近年来都得到了较快的发展,其中太阳能的开发和利用显得尤为突出,成为新能源利用的重要组成部分。太阳能电池是通过特殊物质的光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置,是太阳能利用的最主要方式。在目前的光伏市场上单晶硅太阳能电池由于其发展较早,技术成熟,转化效率高,占了市场上绝大部分份额。但是由于单晶硅太阳能电池以大量高品质的高纯硅为基础,使得硅太阳能电池的成本逐步增加,限制了太阳能电池的发展。所以发展低耗、高效的薄膜太阳能电池是光伏市场发展的必然趋势。薄膜太阳能电池主要有硅基薄膜太阳能电池、碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池、铜铟硒(CIS)薄膜太阳能电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池等。其中,CIGS薄膜太阳能电池是在廉价的玻璃衬底上依次沉积金属薄膜和半导体混合物薄膜形成功能形态各不相同的功能层,整个薄膜电池的厚度大约在4-5μm左右。CIGS太阳能电池,有着价格低、稳定性好、转化效率高的特点,已经成为当今科研界和产业界关注的热点。尽管目前对CIGS的研究很多,但是从大规模的生产和商业化上面看,CIGS的发展还有很长的路要走,技术环节也还有许多的问题急需解决。其中利用价格低、操作简单的磁控溅射系统制备高性能的CIGS吸收层就是其中的一个关键环节。本论文研究了利用磁控溅射的方法制备CIGS薄膜太阳能电池吸收层CIGS薄膜的技术工艺,对制备的CIGS薄膜进行相关结构与性能的测试,优化了制备工艺与参数,并最终制备出来了性能良好的CIGS薄膜。

全文目录

论文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-18
  1.1 能源危机与太阳能利用  11-13
  1.2 太阳能电池综述  13-15
  1.3 CIGS太阳能电池  15-16
  1.4 本论文的研究内容和意义  16-18
第二章 CIGS电池的结构、工作原理及性能参数  18-28
  2.1 CIGS太阳能电池的结构  18-20
  2.2 CIGS太阳能电池的工作原理与性能参数  20-23
    2.2.1 太阳能电池的工作原理  20
    2.2.2 太阳能电池的性能参数  20-23
  2.3 薄膜测试仪器  23-28
    2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)  23-24
    2.3.2 台阶仪(profiler)  24-25
    2.3.3 UV-VIS分光光度计  25-26
    2.3.4 霍尔效应测试仪  26-27
    2.3.5 四探针测试仪  27-28
第三章磁控溅射法制备CuIn与CuInGa薄膜及其性能研究  28-42
  3.1 磁控溅射的原理与设备简介  28-30
  3.2 利用磁控溅射法制备CuIn薄膜及其形貌、结构表征  30-38
    3.2.1 衬底的选择、清洗与钼电极层的制备  30-31
    3.2.2 不同条件下制备CuIn薄膜及其表征  31-38
  3.3 利用磁控溅射法制备CuInGa薄膜及其形貌、结构的表征  38-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章利用CVD系统硒化制备CIGS薄膜的研究  42-58
  4.1 化学气相沉积的原理简介与设备简介  42-43
  4.2 利用CVD系统对CuInGa薄膜进行硒化处理制备CIGS薄膜  43-47
  4.3 硒化法制备的CIGS薄膜的结构、形貌分析与性能  47-51
  4.4 CIGS太阳能电池的缓冲层、窗口层和电极的制备与电池的测试表征  51-57
    4.4.1 CdS缓冲层的制备  51-52
    4.4.2 氧化锌窗口层和栅电极的制备  52-54
    4.4.3 CIGS太阳能电池的测试与表征  54-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章总结与展望  58-59
参考文献  59-65
附作者已发表的文章和申请专利  65-66
致谢  66-67

铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS吸收层的研究与制备

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