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合金靶材溅射法制备Cu（In，Ga）Se_2薄膜与其性能研究

作　者: 石建华
导　师: 黄素梅
学　校: 华东师范大学
专　业: 纳米物理学
关键词: 薄膜太阳能电池 CIGS 磁控溅射 CdS
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池被公认为最具潜力的下一代太阳能电池,据最新报道,实验室小面积CIGS薄膜太阳能电池单元光电转化效率已突破20%,其电池组件效率高达16%。CIGS薄膜太阳能电池有长的寿命、稳定的性能、低廉的生产成本、强的抗辐射性、优良的弱光响应特性和高的光电转化效率等优点,然而,由于其相对复杂的制备工艺和器件结构,其产业化生产正面临严峻的技术瓶颈。据不完全统计,2010年世界光伏发电总装机量达25吉瓦(GW)左右,但CIGS薄膜太阳能电池市场占有率不到5%。所以,进一步研究和开发新的低成本的且容易大面积生产的CIGS薄膜太阳能电池制备技术工艺有重大意义。本文采用磁控溅射镀膜技术制备光吸收层CIGS薄膜材料,以四元合金CIGS为靶材,系统研究溅射功率、压强、靶材成分和后退火工艺对CIGS薄膜光电性能的影响。研究发现,在溅射功率为130W、工作气压为1.3Pa时,可以制备出具有(112)择优生长相、表面平整、光电性能优良的CIGS薄膜。后续退火能使CIGS重结晶并充分补偿溅射过程中流失的Se元素,使CIGS薄膜具有更好的结晶度、化学元素比例和光电特性。此外,文章系统研究缓冲层硫化镉(CdS)薄膜材料的化学水浴法(CBD)制备工艺。通过调节氨水浓度和其他反应条件可制备出适合于太阳能电池应用的缓冲层CdS薄膜材料。为了进一步研究CIGS薄膜的性质,制备结构为典型的玻璃(基板)/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/Al-ZnO/Ag CIGS薄膜太阳能电池器件。在室温25℃、AM1.5的测试条件下,面积为0.4cm2电池单元的光电转化效率达8%左右,为我国CIGS薄膜太阳能电池下一步发展提供了一定的基础理论指导和技术借鉴。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-25
  1.1 太阳能历史及发展现状  13-23
    1.1.1 太阳能分布  13-15
    1.1.2 太阳能利用的现状  15-17
    1.1.3 CIGS 薄膜太阳能电池概述  17-23
  1.2 本论文研究的内容和意义  23-25
第二章磁控溅射四元合金靶制备CIGS薄膜研究  25-42
  2.1 薄膜材料的测试表征  25-30
    2.1.1 扫描电子显微镜  25-26
    2.1.2 X射线衍射仪  26-27
    2.1.3 拉曼光谱仪  27-28
    2.1.4 霍尔效应测试仪  28-29
    2.1.5 磁控溅射原理  29-30
  2.2 磁控溅射原理  30-31
  2.3 CIGS薄膜制备  31-41
    2.3.1 溅射功率对CIGS薄膜的影响  31-39
    2.3.2 溅射工作气压对CIGS薄膜的影响  39-41
  2.4 小结  41-42
第三章退火对CIGS薄膜的影响  42-55
  3.1 传统退火方法对CIGS薄膜性能的影响  42-49
    3.1.1 退火温度对CIGS薄膜性能的影响  42-47
    3.1.2 退火时间对CIGS薄膜性能的影响  47-49
  3.2 改进后的退火工艺  49-54
    3.2.1 载气流量对CIGS薄膜形貌的影响  50-52
    3.2.2 退火前后CIGS薄膜的化学元素成分和光电性能分析  52-54
  3.3 小结  54-55
第四章缓冲层CdS薄膜及CIGS电池器件的制备  55-65
  4.1 CdS薄膜制备  55-62
  4.2 CIGS电池器件制备及测试  62-65
第五章总结与展望  65-66
参考文献  66-71
附录  71-72
致谢  72

合金靶材溅射法制备Cu（In，Ga）Se_2薄膜与其性能研究

内容摘要

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