柔性基底薄膜太阳能电池研究与试制

【摘要】： 太阳能电池是可再生能源领域中最具发展前景的资源之一,但高昂的制备成本及复杂的制备技术成为制约其在各领域大规模、广泛应用的瓶颈。因而,在研究提高太阳能电池的光电转换效率和运行稳定性的同时,还应致力于开发更经济的制备技术与工艺。柔性基底的薄膜太阳能电池由于其高的转换效率、低成本潜能和多样的应用性而备受关注。本论文的重点在于探索新的技术制备柔性基底CIS薄膜太阳能电池,并对制备得到的太阳能电池进行了初步的电性能测试。 基于聚酰亚胺薄膜或铝箔等柔性基底上的CIS薄膜太阳电池的发展遇到的最大的挑战在于开发一种适于基底承受温度、镀层热物理特性、大面积均匀性控制、高效的低温沉积工艺,以满足对结构、光电特性和低成本的要求。 论文重点探讨了大面积柔性基底薄膜太阳电池制备过程中的相关核心技术。为实现大面积均匀性控制,提出了连续卷绕溅射镀膜过程气体分布模型,控制方法,试验验证了控制方法的科学性；为实现高效制备、节省厚度(材料),提出了一种新的可实现织构化的方法,探讨了溅射功率、沉积温度等因素对织构化的影响,通过试验获得了实现织构化的参数范围；为实现柔性基底上低温沉积高质量的化合物并提高制备效率,提出了离子束辅助反应溅射沉积技术,探讨了该技术的物理机制、反应模型,并通过Roll-to-Roll制备柔性基底太阳电池必需的阻挡层A1203薄膜验证了其可行性,可用于CIGS薄膜的低温硒化。 论文最后采用所研究的Roll-to-Roll溅射沉积技术在Al箔上开展了CIS太阳电池的试制。整个过程为真空镀膜过程,用低能溅射ZnO技术替代了CdS层的水浴法。在CIS的沉积中应用了简化的离子束辅助反应溅射沉积技术。完成的CIS光伏薄膜具有明显的光电特性。也尝试制备了非晶硅薄膜试样,研究了制备工艺对非晶硅结构、成份、光电特性的影响。 【关键词】：
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-59
• 1.1 概述12-13
• 1.2 太阳电池的发展趋势13-17
• 1.2.1 薄膜太阳电池的发展优势13-14
• 1.2.2 CIGS类薄膜太阳电池的发展机遇14-16
• 1.2.3 柔性基底CIGS薄膜太阳电池的研发意义16-17
• 1.3 柔性基底CIGS薄膜太阳电池国内外发展概况17-21
• 1.4 CIGS薄膜太阳电池的结构与制备工艺21-53
• 1.4.1 CIGS薄膜太阳电池的结构21-24
• 1.4.2 CIGS薄膜太阳电池吸收层的制备工艺24-43
• 1.4.2.1 CIGS吸收层的成分24-25
• 1.4.2.2 CIGS吸收层的制备工艺25-43
• 1.4.3 CIGS太阳电池其他层的制备及存在的问题43-52
• 1.4.3.1 背电极43-47
• 1.4.3.2 缓冲层47-50
• 1.4.3.3 窗口层50-51
• 1.4.3.4 栅电极51
• 1.4.3.5 阻挡层51-52
• 1.4.4 柔性CIGS薄膜太阳电池产业化所需要的技术52-53
• 1.5 本论文的主要研究工作53-54
• 1.6 本章小结54-55
• 参考文献55-59
• 第二章 Roll-to-Roll溅射沉积中的关键技术研究59-101
• 2.1 引言59
• 2.2 多靶连续卷绕镀膜机溅射室布气均匀性研究59-66
• 2.2.1 概述59-61
• 2.2.2 充气管道设计计算61
• 2.2.3 抽气管道设计计算61-65
• 2.2.4 布气均匀性设计65
• 2.2.5 试验65-66
• 2.2.6 结论66
• 2.3 柔性基底薄膜太阳电池背电极织构化研究66-75
• 2.3.1 概述66-67
• 2.3.2 聚酰亚胺(PI)衬底上Al电极织构化研究67-74
• 2.3.3 结论74-75
• 2.4 离子束辅助反应溅射技术75-99
• 2.4.1 引言75-78
• 2.4.1.1 反应磁控溅射75-77
• 2.4.1.2 离子束辅助反应溅射技术77-78
• 2.4.2 离子束辅助溅射沉积系统78-81
• 2.4.2.1 脉冲磁控溅射电源79-80
• 2.4.2.2 阳极膜线性离子源80-81
• 2.4.3 离子束辅助反应溅射模型81-84
• 2.4.3.1 电荷交换(Charge Exchange)82
• 2.4.3.2 原子碰撞(Atomic Collision)82-83
• 2.4.3.3 增强扩散(Enhanced Diffusivity)83
• 2.4.3.4 化学反应(Chemical Reaction)83-84
• 2.4.4 采用离子束辅助反应溅射技术沉积Al_2O_3阻挡膜84-99
• 2.4.4.1 引言84-86
• 2.4.4.2 氧离子辅助下的迟滞现象86
• 2.4.4.3 离子能量对薄膜成分及性能的影响86-91
• 2.4.4.4 离子源放电电流对薄膜成分及性能的影响91-93
• 2.4.4.5 氧气分量对薄膜性质的影响93-96
• 2.4.4.6 磁控靶溅射功率对薄膜性质的影响96-98
• 2.4.4.7 IBO辅助脉冲反应磁控溅射技术制备Al_2O_3薄膜工艺参数98-99
• 2.4.5 结论99
• 2.5 本章小结99-100
• 参考文献100-101
• 第三章 柔性基底CuInSe_2薄膜太阳能电池的溅射沉积初步研究101-108
• 3.1 引言101-102
• 3.2 CIS太阳电池制备102-103
• 3.2.1 阻挡层镀制102-103
• 3.2.2 背电极层镀制103
• 3.2.3 吸收层镀制103
• 3.2.4 缓冲层镀制103
• 3.2.5 窗口层镀制103
• 3.3 各膜层测试结果及分析103-107
• 3.3.1 背电极层特性103-104
• 3.3.2 吸收层特性104-106
• 3.3.3 电特性106-107
• 3.4 本章小结107
• 参考文献107-108
• 第四章 柔性基底a-Si薄膜太阳电池沉积技术探索研究108-129
• 4.1 引言108-109
• 4.2 阻挡层材料选择及制备工艺研究109-113
• 4.2.1 不同阻挡层材料阻挡效果考察109-111
• 4.2.2 不同成分NiAl合金阻挡层阻挡效果研究111-113
• 4.2.3 小结113
• 4.3 非晶硅薄膜的溅射制备技术研究113-120
• 4.3.1 样品的制备113-114
• 4.3.2 不同工艺条件对硅薄膜沉积速率的影响114-117
• 4.3.3 不同工艺条件对薄膜晶化程度的影响117-118
• 4.3.4 薄膜表面形貌观察118-119
• 4.3.5 小结119-120
• 4.4 Si薄膜掺杂研究120-128
• 4.4.1 非晶硅薄膜的N型、P型掺杂研究120-121
• 4.4.2 样品测试与表征121-123
• 4.4.2.1 薄膜的厚度测量121-122
• 4.4.2.2 薄膜的霍尔分析122-123
• 4.4.3 数据分析及讨论123-128
• 4.4.3.1 硼掺杂(N型)数据分析及讨论123-125
• 4.4.3.2 磷烷掺杂试验过程及数据分析125-128
• 4.5 结论128-129
• 第五章 总结129-131
• 5.1 本论文的主要工作及研究成果129
• 5.2 下一步的工作及展望129-131
• 攻读博士学位期间发表的学术论文131-134
• 致谢134

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

反应磁控溅射的进展    茅昕辉,陈国平,蔡炳初

正交法优化电沉积CuInSe_2薄膜条件的研究    徐玲;刘昌龄;吴世彪;童彬;陈少华;徐立红;

锂离子电池正极材料钴酸锂近期研制进展    闫时建,田文怀,其鲁

弱光非晶硅太阳电池的研制    吕宝堂,郑君,邹邦涛,王霞,贾兆滨

非晶硅太阳电池的衰减与退火    吕宝堂,赵晖,郑君,贾兆滨,邹邦涛

碲化锌插入层对碲化镉太阳电池性能参数影响的分析    鄢强,冯良桓,武莉莉,张静全,郑家贵,蔡伟,蔡亚平,李卫,黎兵,宋慧瑾,夏庚培

用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料    问立宁

21世纪新玻璃的发展    王承遇,潘玉昆,陶瑛

MEMS微电源技术    刘晓为,邓琴,郭猛,兰慕杰,王喜莲

玻璃基片硅薄膜太阳电池的制备与研究现状    孙洪福,汤华娟,王承遇,柳鸣

稀土镁基AB_3型贮氢电极合金的研究进展    周增林;宋月清;崔舜;

采用中频反应磁控溅射技术沉积氮化锆薄膜    孙维连;杨钰瑛;李新领;

V_3TiNi_(0．56)Cr_x(x=0．1，0．3)贮氢合金耐碱液腐蚀性能研究    刘守平;田卫国;刘仁龙;刘小军;刘志红;

HT-7诊断中性束装置漂移管道的设计    李军;王绍虎;胡纯栋;刘智民;刘胜;谢俊;DNB课题组;

160W@20K氦气循环低温系统    丁怀况;丁先庚;姜春;滕健;施锦;陈登科;李炜;章学华;严善仓;

6k×6kCCD天文望远镜液氮恒温器的研制    汤建成;熊联友;陆文海;彭楠;张亮;

大面积磁控溅射技术的最新进展与应用    姜燮昌;

氦质谱检漏仪背压检漏标准剖析及非标漏率计算程序    薛大同;

多靶连续卷绕镀膜机溅射室布气均匀性研究    冯煜东;王艺;王志民;速小梅;赵慨;

离子束辅助中频反应溅射(Cr,Ti,Al)N薄膜的研究    林松盛;代明江;侯惠君;朱霞高;李洪武;林凯生;戴达煌;

用线性真空规测量小孔分子流流导的方法研究    李得天;郭美如;成永军;邱家稳;

Li-Mn-O体系锂离子电池正极材料的合成及结构研究    赵世玺

MH-Ni电池用AB_5型贮氢合金电化学行为的研究    原鲜霞

高功率MH/Ni电池用负极贮氢合金的研究    叶辉

二次锂电池用含硫正极材料的制备及电化学性能研究    王久林

锂离子电池正极材料锂镍氧系列化合物的合成、结构和性能研究    刘汉三

MH/Ni电池AB_2型合金及其复合合金负极材料的研究    韩树民

直接甲醇燃料电池用电解质膜的研究    宋文生

动力型贮氢合金的制备研究及其热电化学评价    刘开宇

高比表面积中孔炭材料的制备及其双电层电容性能研究    侯朝辉

锂离子电池正极材料钒氧基化合物的制备及电化学性能研究    刘恩辉

装饰薄膜氮化锆的中频反应磁控溅射沉积工艺的研究    李新领

闭合场非平衡磁控溅射离子镀装备实时监控系统软件设计    郭庆吉

软开关ZVS DC/DC全桥变换器的设计    郑湘渝

中频孪生磁控溅射等离子体特性与氧化物薄膜沉积研究    黄开玉

Yb：Er共掺Al_2O_3光波导放大器制备工艺及非均匀掺铒光波导理论设计    宋琦

直流磁控反应溅射制备TiO_2薄膜及氧敏特性研究    张毅

AB_5型低Co与无Co贮氢电极合金的相结构与电化学性能    魏范松

尖晶石锂锰氧化物的湿化学合成及其性能检测    王晨生

Mn（Ⅲ）/Mn（Ⅱ）作为液流电池正极的可行性及锂离子电池锡基负极材料的研究    米常焕

La_(1-x)Sr_xCo_(1-y)Fe_yO_3系阴极材料的制备、结构及性能研究    江金国

激光技术的工业应用与发展前景    张炯法,李杰,郭新柱

化学水浴沉积CdS薄膜晶相结构及性质    敖建平,何青,孙国忠,刘芳芳,黄磊,李薇,李凤岩,孙云,薛玉明

太阳能电池研究和发展现状    毛爱华

镀层中基体金属扩散系数的测定    吴永炘,文效忠,杨志雄,萧祖隆,李志勇

有机太阳能电池研究进展    林鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王丽

电化学沉积制备半导体CuInSe_2薄膜    申承民,张校刚,力虎林

Ni-（Mo）-P/Cu多层交替镀层的制备及其热稳定性    郑仰存

友达太阳能垂直整合布局见雏型    

全球薄膜电池产能增速连续两年逾120%    

保定天威采用欧瑞康太阳能技术开始量产薄膜太阳能电池    

太阳能光伏技术演绎城市亮化照明的缤纷时代    朱俊;

将太阳能电池打印到纸上    波合;

亚洲第一座聚光型太阳能示范电厂将在台运转    

日本产综研所制成高分子涂布型有机薄膜太阳能电池的高集成模块    江兴;

全球首条双线双结大面积硅基高效薄膜太阳能电池项目投产    潘雄;

薄膜太阳能 下一桶金?    Helen;

适度加快我国薄膜电池产业发展步伐    

构建生态宜居之都—从光伏建筑一体化开始    时方晓;陈曦;

薄膜太阳电池用TCO玻璃发展分析    郭卫;陈静;

铜铟硒(CIS)薄膜太阳能电池吸收层的硒化工艺优化研究    王波;刘平;李伟;刘新宽;马凤仓;陈小红;

铜铟镓硒和铜锌锡硫化合物半导体纳米材料的制备    张庶;张晓琨;孙一灵;向勇;

柔性基底室温沉积多层光学膜技术    冯煜东;王艺;王志民;速小梅;赵慨;

新型高效铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研究和开发状况    庄大明;张弓;

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研究进展    岳恩;唐龙;罗顺安;张平;

CuO薄膜的制备及其光伏特性    张君善;高斐;刘晓静;宋美周;李宁;

温度交变环境对薄膜太阳电池相关层材料性能的影响    郝延明;蔡宏琨;周严;林波;张德贤;林列;

基于碳纳米管的薄膜太阳能电池及多孔吸附材料    曹安源;

非晶硅薄膜太阳能电池项目开工    梅永生　王芳 姜木金

薄膜太阳能电池关键设备实现中国造    本报记者 汪叶舟

我国生产高端薄膜太阳能电池有了“利器”    记者 王春

成本优势凸显 薄膜太阳能电池产业提速    于化丛

超大型硅基薄膜太阳能电池下线    魏双林

做企业要“快”人半拍    翟永杰　本报记者 李延生

汉能薄膜太阳能电池 项目可行性通过评审    刘平 王超慧

薄膜太阳能电池 超薄 廉价 高效    

我可再生能源研究取得新进展    记者 冯国梧 通讯员 张国

我国将建第一条铜铟硒薄膜太阳能电池中试线    风影

柔性基底薄膜太阳能电池研究与试制    冯煜东

铜铟硒薄膜太阳能电池相关材料研究    万磊

纳米半导体材料对新型薄膜太阳能电池性能影响的研究    郭薇

Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的制备及其p-n结能带偏移的研究    李纪

对溅射法制备的铜铟镓硒吸收层与掺铝氧化锌窗口层结构与性能的研究    李欣益

基于二氧化钛与聚苯胺太阳能电池的研究    刘自然

铜铟硒薄膜太阳能电池材料的制备与若干理论计算研究    蒋方丹

铜铟镓硒薄膜太阳能电池关键材料与原理型器件制备与研究    罗派峰

高转换效率CdTe薄膜太阳电池制备及关键科学问题研究    白治中

玻璃基太阳能电池薄膜材料制备及其结构和性能研究    徐慢

有机薄膜太阳能电池物理性质的研究    王平

纳米硅薄膜太阳能电池的制备和性能研究    叶枫

铜锌锡硒薄膜太阳能电池相关材料的研究    韩磊

薄膜太阳能电池的遗传算法优化    王全志

硅基薄膜太阳能电池材料的制备与性能研究    尤天友

有机小分子薄膜太阳能电池器件电极缓冲层的机理研究    刘亚东

柔性基底上金属薄膜延展性分析    薛国宏

基于背部表面等离子体对薄膜太阳能电池效率的影响    王李

碲化镉薄膜太阳能电池相关材料的制备与表征    侯泽荣

金属平板和光栅结构理论研究    徐威