铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池的制备

【摘要】：太阳能作为一种新型清洁能源,是未来社会的主要能源之一。目前市场上仍以Si太阳电池为主,Cu(InGa)Se2(CIGS)薄膜太阳能电池具有转换效率高、廉价、稳定等特点。随着资源和环境的要求,以CIGS为主要材料的太阳电池市场化成为必然。三步共蒸发法是目前应用最广泛也是最受研究人员青睐的工艺,该方法制备的CIGS薄膜太阳能电池的效率已高达19.99%。而溅射硒化法,工艺流程容易控制,适合产业化生产。目前国外电池组件的转化效率一般在12-13%,我国的研究还刚刚起步,和国外水平还有很大差距。 本论文主要研究一种操作简单、可控、适合产业化需要的技术工艺,即溅射制备合金预制膜后硒化的制备方法。首先,在不锈钢衬底上制备厚度约1微米的Mo电极,在溅射过程中通过改变工作气压,溅射双层Mo金属膜,使Mo电极具有类似层状结构,消除了内应力的影响,从而提高了Mo电极和玻璃衬底之间,及其和CIGS吸收层之间的附着力。然后,在沉积有Mo电极的玻璃衬底上,通过磁控溅射的方法制备约700纳米厚度的Cu(InGa)预制层薄膜,靶材采用自制的Cu(InGa)合金靶。硒化采用在低温和高温过程依次进行的2步方法,采用固态硒源,避免了剧毒的H2Se气体的生成。通过在低温区保温30分钟,再在高温区保温25分钟,制备出了性能较好的CIGS吸收层薄膜,具有(112)晶面择优取向,显示明显的黄铜矿单一结构。薄膜表面平整,晶粒大小均匀、排列紧密。分别用化学水浴法和真空蒸镀法制备CdS窗口层。分析比较两种方法制备出的CdS薄膜,发现采用真空蒸镀法制备的CdS薄膜的透光性高于化学水浴法制备的CdS薄膜。最后,用直流磁控溅射的方法,制备一定厚度的Al电极,完成了CIGS薄膜太阳电池的制备。对器件的性能做了测试分析,电池两端开路电压大概在30-40mv。该研究采用的CIGS薄膜太阳能电池的制备工艺简单、过程容易控制、设备和材料费用低,没有采用剧毒的气源,适合大规模产业化的要求,为以后进一步的研究开发做了技术储备。 【关键词】：CIGS薄膜太阳能电池 磁控溅射 真空蒸镀法 固态硒源 硒化
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 太阳能电池的发展现状12-13
• 1.3 太阳能电池的工作机理13-15
• 1.4 太阳能电池分类15-17
• 1.4.1 硅基太阳能电池15-16
• 1.4.2 多元化合物薄膜太阳能电池16
• 1.4.3 有机薄膜类太阳能电池16-17
• 1.4.4 纳米晶薄膜太阳能电池17
• 1.5 CIGS太阳能电池17-21
• 1.5.1 CIGS太阳能电池的发展现状17
• 1.5.2 CIGS太阳能电池的结构17-19
• 1.5.3 CIGS薄膜的制备方法19-21
• 1.5.4 CdS薄膜的制备方法21
• 1.6 本文的主要工作21-22
• 第2章 实验原理和设备22-35
• 2.1 真空蒸发镀膜原理22-23
• 2.2 磁控溅射原理23-24
• 2.3 薄膜生长24-25
• 2.3.1 薄膜生长机理24
• 2.3.2 薄膜生长原理24-25
• 2.4 化学水浴法(CBD)25-27
• 2.4.1 CBD原理25-26
• 2.4.2 CBD的微观机制26-27
• 2.5 实验设备27-28
• 2.6 实验原料28
• 2.7 基片28-29
• 2.7.1 衬底的选择28
• 2.7.2 基片的清洗28-29
• 2.8 真空度的确定29-31
• 2.9 薄膜性能表征31-35
• 2.9.1 薄膜厚度测量方法31-32
• 2.9.2 X射线衍射(XRD)分析32-33
• 2.9.3 扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析33
• 2.9.4 薄膜光学性能的测量33
• 2.9.5 薄膜电阻的测量33-35
• 第3章 CIGS太阳能电池薄膜的制备及表征35-53
• 3.1 Mo电极层36-38
• 3.1.1 Mo电极层的优越性36
• 3.1.2 Mo电极层的制备36-37
• 3.1.3 Mo电极层的表征及结果分析37-38
• 3.2 光吸收层(CIGS)38-46
• 3.2.1 CIGS制备方法选择38-39
• 3.2.2 光吸收层(CIGS)的制备39-41
• 3.2.3 CIG的表征及结构分析41-42
• 3.2.4 光吸收层(CIGS)的表征及结果分析42-46
• 3.3 窗口层(CdS)46-51
• 3.3.1 CdS的性质46-47
• 3.3.2 CdS薄膜的制备47-49
• 3.3.3 CdS薄膜的表征及结果分析49-51
• 3.4 Al电极的制备51-53
• 第4章 CIGS薄膜太阳能电池性能表征53-58
• 4.1 太阳能电池元件的性能表征53-54
• 4.2 CIGS薄膜太阳电池的制备、表征54-55
• 4.2.1 CIGS薄膜太阳能电池的制备54
• 4.2.2 CIGS薄膜太阳能电池的表征54-55
• 4.3 工作分析55-57
• 4.4 展望57-58
• 第5章 结论58-59
• 参考文献59-64
• 致谢64

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

磁控溅射太阳能电池预镀Mo薄膜及其性能    王有欣;孙绍广;单玉桥;

Cu(In,Ga)Se_2材料成分对其电池性能的影响    刘芳芳,何青,李凤岩,敖建平,孙国忠,周志强,孙云

真空蒸发法制备CdS薄膜及其性能研究    单玉桥;党鹏;于晓中;单连中;

Mo沉积成膜质量与磁控溅射条件间关系的STM研究    黎刚,杨海强,王俊,崔明启

国际CDM项目市场分析    马贵珍;

光伏效应的产生机理及应用    余长青;

太阳能电池现状及其发展前景    梁昌鑫;陈孝祺;

ZnO薄膜对CIGS太阳电池性能的影响    李伟,何青,敖建平,刘芳芳,李凤岩,周志强,刘维一,孙云

CIGS电池缓冲层CdS的制备工艺及物理性能    敖建平;孙云;刘琪;何青;孙国忠;刘芳芳;李凤岩;

柔性不锈钢衬底CIGS薄膜太阳电池    施成营;何青;张力;肖建平;敖建平;杨成晓;李微;李凤岩;孙云;

金属薄膜的质量造成电阻器失效的分析    金力成;金波;

变电站光伏直流系统的研究与应用    林航;陈晓明;

Ag-聚酯复合薄膜的微结构与光学性能研究    梁平;曹铃;宋学萍;程晓敏;孙兆奇;

TiO_2纳米粉体的制备及光催化降解水杨酸的研究    徐玲,徐立红,李燕

现代分析测试技术在建筑材料研究中的应用    郑建三;朱绍峰;李萍;丁益;

双面太阳电池垂直安装发电性能的测试    王宁;吴昌宏;舒杰;

大型集中并网光伏电站硬件设计要求及安全保护    王志刚;龙维绪;崔海昱;邓菊莲;刘祖明;廖华;涂洁磊;

太阳能高效路灯系统工作原理与设计    张鹏;

太阳能光伏支架系统的应用    李天下;

光伏控制器新型充电管理模式研究    普平贵;

LED光致/电致发光的p-n结温度差异及其对光电特性的影响    文玉梅;张敏;李平;文静;王科;

太阳能果树修枝机设计    陈伟武;方文熙;张德晖;王学銮;林兵;

江苏某地坡缕石黏土改性及非水泥基耐水腻子生产可行性研究    杨飞华;彭兵贤;

釉面缺陷及防止对策暨釉的品质管制    俞康泰;

氧化热处理中的氧扩散对SrTiO_3复合功能陶瓷结构的影响    徐庆;陈文;袁润章;

AlN陶瓷化学镀法金属化机理    夏章能;徐洁;

新型双向传输型区域规整噻吩嵌段共聚物的合成与研究    祁争健;孙岳明;肖英博;颜大志;何艳芳;虞婧;韦斌;徐希恒;

CrSi_2能带结构和光学性质的第一性原理研究    周士芸;谢泉;闫万珺;陈茜;

钢渣微晶玻璃显微硬度性能研究    饶磊;杨家宽;肖明丹;

Mg_2Si电子结构及光学性质的研究    陈茜;谢泉;闫万珺;杨创华;赵凤娟;

过渡金属氧化物型热电材料的制备与性能研究    许洁

石灰石粉作混凝土掺合料的性能研究及机理分析    文俊强

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

电磁波与低维固体表面等离体子相互作用的研究    燕保荣

铟铁铜掺杂铌酸锂晶体的制备及结构与光折变性能研究    毕建聪

浮法锂铝硅系统微晶玻璃的组成、结构、性能及浮抛机理的研究    谢军

锌基氧（硫）化锌微纳米结构的合成、表征、光电性质及生长机理研究    黄林勇

苯并噻唑类有机金属络合物的分子结构与光电特性的研究    许慧侠

优质低应力金刚石复合片的高温高压合成    贾洪声

太阳能光伏发电单相并网逆变器研究    李本元

非晶InSb探测器材料光电特性研究    位永平

氧化物半导体的湿化学法制备    贾红

敏化太阳能电池中染料的合成研究    徐丹

折射率调制光纤气体传感系统设计与研究    贾林涛

基于拉曼光谱下的A_2（MoO_4）_3材料热膨胀性研究    王志鹏

基于LPFGs氢敏探测器的研究    郭东歌

La_2Mo_3O_（12）薄膜的制备和光学性能的研究    姜雅丽

正交相Y_2Mo_3O_（12）薄膜的制备及光吸收性能研究    程慧

光伏发电系统自适应控制研究    李亭

CdS薄膜的制备及其性能    黎兵,冯良桓,郑家贵,蔡亚平,蔡伟,李卫,武莉莉

氩氧气氛下沉积的CdTe薄膜及太阳电池的性质    冯良桓,张静全,蔡伟,黎兵,蔡亚平,武莉莉,李卫,郑家贵,蔡道林

太阳能并网发电技术概述    林燕;

Mo沉积成膜质量与磁控溅射条件间关系的STM研究    黎刚,杨海强,王俊,崔明启

薄膜厚度对直流脉冲磁控溅射Mo薄膜光电性能的影响    朱继国;柴卫平;王华林;张树旺;刘世民;张粲;汪亚辉;

光伏发电技术的研究现状和应用前景    赵朝会;

化学沉积法制备CdS薄膜及性质研究    张辉,杨德仁,马向阳,阙端麟

ZnO薄膜对CIGS太阳电池性能的影响    李伟,何青,敖建平,刘芳芳,李凤岩,周志强,刘维一,孙云

效率为12.1%的Cu(In,Ga)Se_2薄膜太阳电池    何青,孙云,李凤岩,敖建平,刘芳芳,李伟,刘维一,孙国忠,周志强,薛玉明,朴英美,汲明亮,郑贵波,李长健

全球光伏产业发展现状及发展趋势分析    孔慧;熊胜虎;

CIGS薄膜太阳电池异质结的结构初析    薛玉明,孙云,李凤岩,朴英美,刘维一,周志强,李长健

氢处理对太阳薄膜材料Mo/CuIn_(1-X)Ga_XSe_2/CdS的影响    张辉,丁绍林,汤会香,张会锐,马向阳,杨德仁,刘维一,张加友,孙云

氢化纳米硅薄膜及其太阳电池    金良茂;甘治平;王芸;柴卫平;

带银涂层能够提高太阳电池的能效    王兵;

硫化锡多晶薄膜太阳电池研究进展    邱永华;史伟民;魏光谱;雷平水;葛艳辉;

企业传真    

友达太阳能垂直整合布局见雏型    

一种在汽车上应用太阳能技术的设计方案    卢磊;陈效华;严伟;王秀田;刘淑娟;

迎着朝阳 向着太阳 我们走在阳光大道上——SNEC第三届(2009)国际太阳能光伏大会暨(上海)展览会特别报道    赵明华;

真空蒸发法制备SnS薄膜及其光电性能研究    邱永华;史伟民;魏光普;徐环;林飞燕;

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;

溶液法合成CIGS纳米晶制作薄膜太阳能电池    周春;陶斯禄;

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;

空间用、高重量比功率柔性聚酰亚胺衬底CIGS薄膜太阳电池的制备方法    张力;何青;李凤岩;李宝璋;李长健;

单个靶制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜    侯泽良;周正基;武四新;

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;

原位退火离子束溅射和热蒸发四元叠层法制备CIGS薄膜与表征    梁广兴;

OVC薄膜材料及其对CIGS薄膜太阳电池异质结的改进    薛玉明;孙云;朴英美;李长健;

应用于CIGS太阳能电池窗口层的透明导电氧化物AZO薄膜的制备与研究    王正安;石建华;褚家宝;黄素梅;孙卓;

CIGS薄膜太阳电池异质结的结构初析    薛玉明;孙云;何青;李凤岩;朴英美;刘维一;周志强;李长健;

CIGS半导体薄膜太阳能电池项目在沪签约    记者 熊磊　通讯员 亦楚

国际领先的CIGS薄膜太阳能电池生产研发基地落户广州    本报记者 丁翊轩

CIGS薄膜太阳能电池基地落户广州    罗佩美

青岛“领跑”第三代太阳能发电产品制造    本报记者 邹吉宏

新一代太阳能发电将带来什么    本报记者 邹吉宏　实习生 李一帆

兴安两重大项目昨开工奠基    记者 段裕祥

台湾金色能源太阳能有限公司来锦签订30亿总投资项目协议    董克攻　郑金光

非晶硅薄膜太阳能电池项目开工    梅永生　王芳 姜木金

力铼光电昨开工    记者 吴生锋

薄膜太阳能电池关键设备实现中国造    本报记者 汪叶舟

CIGS薄膜太阳能电池材料的制备、结构及性能研究    龙飞

超薄CIGS太阳电池及组件的研究    韩安军

柔性不锈钢衬底铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池研究    李博研

变带隙铜铟镓硒薄膜材料及器件光电性能的研究    陈东生

铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的研究    谈晓辉

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

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

纳米颗粒墨水法制备Cu（In，Ga）Se_2和Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的工艺研究    刘英

溶胶—凝胶法制备铜锌锡硫（Cu_2ZnSnS_4）薄膜太阳能电池    苏正华

磁控溅射制备CIGS薄膜太阳能电池的研究    李超

液相法制备CIGS薄膜太阳能电池材料及表征    栗鹏伟

铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池的制备    席辉

CIGS薄膜太阳能电池关键功能层的制备及表征    徐晓辉

CIGS薄膜太阳能电池的工艺研究与制造    钱群

单靶磁控溅射一步法制备CIGS薄膜    梅迪

铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS吸收层的研究与制备    王正安

质子辐照下铜铟镓硒（CIGS）太阳电池性能研究    邓朝文

CIGS双梯度带隙吸收层的制备及特性    齐彬彬

脉冲激光沉积工艺对CIGS薄膜成分和微结构的影响    何杰