基于柔性衬底的CIGS薄膜太阳能电池研究

【摘要】：太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源。在光伏电池制造领域,提高光电转换效率和降低生产成本是永远的主题。Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池是各种薄膜太阳能电池中效率最高、最有发展前途的薄膜太阳电池之一。近年来柔性衬底薄膜太阳能电池开始受到人们的重视,世界上许多公司和科研机构竞相开发研究。柔性太阳电池与硬衬底电池相比,其最大的特点是重量轻,可折叠,不易破碎,并具有较高的质量比功率(500W/kg),采用的主要加工方法是自动化的卷对卷(roll to roll)工艺。目前柔性衬底薄膜太阳能电池还有一些急需解决的关键问题,我国在这一领域和国外先进水平差距很大。本文首先系统阐述了CIGS太阳能电池发展现状、电池的原理和结构、性能参数以及各参数对电池特性的影响。在对制备工艺和技术路线广泛调研的基础上,实验中采用聚酰亚胺作为太阳能电池的基底,通过旋涂法制备耐高温、稳定性好的聚酰亚胺薄膜,对柔性衬底CIGS太阳能电池的制备工艺进行了探究。利用CIGS靶材进行射频磁控溅射得到CIGS吸收层,并对柔性衬底的制备与选择、底电极Mo、吸收层CIGS、缓冲层Cd S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,通过SEM观察形貌、XRD分析薄膜晶体结构、并对电阻率、薄膜透射率进行测试,对薄膜的微观结构、光学、电学性质进行分析。采用双层溅射法在柔性PI衬底上得到结合优良且电阻率较低的Mo电极;着重研究了因聚酰亚胺与CIGS层之间热膨胀系数不一致而导致的Mo和CIGS层开裂的一系列问题;通过优化薄膜沉积工艺,在衬底加热的条件下溅射得到了与Mo结合较好的CIGS薄膜。最后,通过工艺整合,制备得到了柔性衬底的CIGS多层薄膜电池,测试表明,电池具有一定的转换效率,但是性能还有待提高。 【关键词】：柔性衬底 铜铟镓硒 薄膜太阳能电池 聚酰亚胺 薄膜应力
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 太阳能薄膜电池的发展现状12-28
• 1.1 清洁能源的迫切需求12-15
• 1.2 太阳能电池原理与结构15-18
• 1.2.1 太阳能电池的原理15-16
• 1.2.2 太阳能电池主要参数16-17
• 1.2.3 太阳能电池的等效电路17-18
• 1.3 太阳能电池的种类及特性比较18-20
• 1.4 CIGS太阳电池的发展历史与国内外研究现状20-23
• 1.4.1 CIGS太阳能电池的优点20-21
• 1.4.2 基于柔性衬底的CIGS太阳能电池21-23
• 1.5 本课题的主要研究内容与研究意义23-24
• 参考文献24-28
• 第二章 柔性衬底的选择与制备28-38
• 2.1 柔性衬底的分类28-32
• 2.1.1 无机金属衬底28-30
• 2.1.2 有机聚合物衬底30-32
• 2.2 聚酰亚胺柔性衬底的制备32-35
• 2.2.1 选用成型的聚酰亚胺薄膜32-33
• 2.2.2 用甩胶机自制聚酰亚胺薄膜33-35
• 参考文献35-38
• 第三章 CIGS太阳能电池的主要工艺探究38-64
• 3.1 基于柔性衬底的CIGS太阳能电池的结构38-40
• 3.2 CIGS太阳电池的制备工艺流程40-41
• 3.3 制备CIGS太阳能电池的实验方法与实验设备41-42
• 3.4 CIGS太阳能电池的制备工艺与方法42-59
• 3.4.1 Mo电极的制备工艺与方法42-48
• 3.4.2 吸收层CIGS的制备工艺与方法48-54
• 3.4.3 缓冲层CdS的制备工艺与方法54-58
• 3.4.4 窗口层ZnO和ZAO的制备工艺与方法58-59
• 参考文献59-64
• 第四章 原型器件的制备及测试结果64-67
• 4.1 器件制备工艺流程64-65
• 4.2 电池性能测试结果及分析65-66
• 参考文献66-67
• 第五章 总结和展望67-69
• 5.1 结论67-68
• 5.2 展望68-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利70

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