基于CIGS太阳能电池的吸收层和缓冲层的研究与制备
Cu(In，Ga)Se2(CIGS)太阳能电池是一种较有发展前途的薄膜太阳能电池，是目前国际研究的热点之一。但是，这种薄膜电池在制备中，存在吸收层硒化后配比失调、薄膜结晶不良，缓冲层含Cd以及整个制备工艺难以实现全溅射法等问题。本文主要研究CIGS薄膜电池的主要膜层-吸收层和无Cd缓冲层的溅射法制备工艺，以期为全溅射法制备CIGS薄膜电池打下基础，论文的主要工作和研究成果如下：
1.综述了太阳能电池，重点研究了化学配比、晶格结构、异质结能带结构等对CIGS薄膜性能的影响。针对现有技术吸收层在硒化过程中极易产生Cu2xSe二元相影响薄膜择优取向以及缓冲层含有Cd有害元素这两大问题，研究用CIGS四元合金靶采用射频溅射并结合后续退火工艺来制备吸收层，以InxSy或ZnS的溅射薄膜作为缓冲层来制备无镉缓冲层，探索全溅射法制备CIGS薄膜太阳能电池的工艺途径。
2.系统地研究了衬底温度、溅射功率对CIGS吸收层组织结构、化学配比的影响。采用阶段升温真空退火法和射频溅射，在衬底温度100℃，溅射功率150W(功率密度为5.3W/cm2)的条件下，制备得到(112)峰择优度达0.9977，Cu/(In+Ga)配比为0.89，Ga/(In+Ga)配比为0.253，接近单晶的CIGS薄膜，适合于制备高效率CIGS太阳能电池，研究成果优于目前报导的水平，发表于EI源期刊。
3.采用溅射技术分别制备了InxSy、ZnS两种无镉型CIGS薄膜电池缓冲层。分析比较了相同功率条件下射频溅射和直流溅射对InxSy薄膜表面形貌、元素组分和光学特性的影响，深入研究了衬底温度、溅射功率、Ar气压强、退火温度等工艺参数对ZnS薄膜结晶度、应力、与CIGS薄膜晶格失配度以及光学性质的影响。在射频功率80W(功率密度2.8W/cm2)的条件下制得光学禁带宽度为2.75eV的InxSy无镉型太阳能电池缓冲层。在衬底温度250℃，Ar气压强1Pa，溅射功率200W(功率密度7.1W/cm2)，退火温度400℃时制备得到衍射峰最强，结晶度最好的ZnS薄膜；在衬底温度350℃，Ar气压强0.7Pa，溅射功率300W(功率密度10.6W/cm2)，退火温度400℃时制备得到晶格失配度最小的ZnS薄膜。同时也研究了退火温度对ZnS薄膜结晶和光学性质的影响，400℃退火后ZnS薄膜光学禁带宽度为3.47eV，退火温度超过400℃后禁带宽度下降，研究成果对以后优化CIGS/ZnS异质结退火温度有指导意义。
太阳能电池;溅射法;CIGS薄膜;无镉缓冲层;晶格结构;光学性质
浙江大学
硕士
物理电子学
王德苗;金浩
2013
中文
TM914.42;TB383
154
2013-07-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）