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CIGS薄膜太阳能电池的工艺研究与制造

钱群  
【摘要】:太阳能电池作为发展最快的清洁能源,具有无噪声、无污染、不受地域的限制、利用成本低的特点。近几年来薄膜电池得到了高速发展,其中铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、高吸收效率和转化效率、吸收层材料禁带宽度可调等优点,受到了国际光伏界的广泛关注。 本文在查阅国内外大量文献资料的基础上,系统阐述了CIGS太阳能电池的结构、工作原理、性能参数及各参数对电池特性的影响。针对现行CIGS共蒸发和后硒化法工艺相对复杂、制备周期较长的缺点,实验创新采用了在薄膜沉积工艺中较为成熟的溅射技术,射频磁控溅射得到CIGS吸收层,所用靶材是烧结CIGS靶材,并对底电极Mo、吸收层CIGS、缓冲层CdS、窗口层ZnO与ZAO进行单项工艺研究。实验中尝试改变溅射气压、衬底温度、退火条件、溶液配比等工艺参数,并借助场发射电镜(FESEM)、光电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外分光光度计等测试,对薄膜的微观结构、透射率、电阻率等光学、电学性质进行分析,以优化工艺参数,得到品质较好的单层薄膜。 实验采用双层溅射法在玻璃衬底上得到结合优良且电阻率较低的Mo电极;在衬底加热下的条件下射频磁控溅射得到了与Mo结合较好的CIGS薄膜,通过退火提高了晶化程度并降低了薄膜电阻率;通过调整溶液配比,用化学水浴法制备得到了相对平整均匀、在580nm以上具有高透射率的CdS缓冲层,并对溅射法制备CdS进行了初步研究;采用溅射工艺制备了对可见光具有高透过性的ZnO与ZAO窗口层,通过提高溅射气压,降低了ZAO边沿处的电阻率并增大了禁带宽度;利用硬掩膜遮挡,溅射得到了图形化好的Al电极。最后,制备得到了CIGS太阳能电池原型器件,测量其转换效率为2.14%


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