基于溶液法制程的CIGS薄膜太阳能电池的研究

【摘要】：铜铟镓硒（CIGS）材料具有转换效率高，稳定性能好，抗干扰、抗辐射等诸多优点，受到国内外光伏研究工作者的长期关注。本课题针对目前CIGS薄膜太阳能电池研究中关键材料即CIGS吸收层和ZnS缓冲层材料进行研究，旨在探索大面积、高质量CIGS和ZnS薄膜制备工艺路线，为CIGS薄膜电池器件的开发奠定基础。Ga元素在CIGS晶体中只是替代In元素的位置，起到调节CIS系化合物的禁带宽度的作用，可以在研究成熟CIS系化合物之后再加入Ga元素进行讨论，因此本课题主要研究CIS系化合物材料薄膜太阳能电池。 本课题是以突破非真空法制作CIS膜层需要硫化或硒化的技术瓶颈，结合纳米材料具有的独特性能为出发点；选择基于溶液法合成CIS纳米晶制作CIS薄膜太阳能电池的方式。本课题主要按以下四个步骤开展研发工作： (1)基于溶液法合成CIS纳米晶，研究各种不同方法下合成的CIS纳米材料的区别；本课题已成功采用Schlenk line及微波加热法合成出不同颗粒尺寸的CIS纳米晶材料，并实现对CIS纳米晶颗粒尺寸在2～10nm间可调。 (2) CIS吸收膜层制备方法研究。本课题采用旋涂法制作CIS预制膜层，经过500C下优化热处理重结晶，获得致密的CIS膜层，详细探索分散剂和优化热处理条件对CIS吸收膜层的影响。 (3) N型材料膜层的制备研究。为结合P型膜层制作光电器件，本课题对N型材料膜层制备工艺进行探索，成功使用化学水浴法制备出均匀致密的ZnS膜层。 (4) CIS纳米材料的光电性能的初步研究。为验证溶液法合成的CIS纳米材料制作的CIS吸收膜层具有光电性能，在本实验中我们采取简便的方式验证。将P型CIS膜层与N型材料膜层直接物理性接触，制作出简单的PN结光电器件，在模拟太阳光测试条件下能检测到了开路电压和短路电流，由此可以初步证明合成的CIS纳米材料具备光电性能。 本论文研究了CIS纳米晶体的合成技术、并探讨了相应薄膜的制备工艺，初步研究了其在太阳能电池中的光电性能。该方面的研究可以为CIGS薄膜电池器件的开发奠定基础。 【关键词】：薄膜太阳能电池 溶液法 CIS纳米晶 Se纳米晶
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景10-19
• 1.1.1 我国能源现状和太阳能利用情况10-12
• 1.1.2 太阳能电池工作原理和基本性能参数12-13
• 1.1.3 太阳能电池的分类13-16
• 1.1.4 CIGS 薄膜太阳能电池16-19
• 1.2 课题研究的目的及意义19-21
• 1.3 课题研究的主要内容21-22
• 第二章 实验所用试剂及设备22-26
• 2.1 试剂与仪器22-24
• 2.2 材料的测试表征设备24-26
• 第三章 CIS 材料的合成26-41
• 3.1 油胺作为载体溶剂合成 CIS 纳米材料26-32
• 3.2 丁胺作为溶剂载体合成 CIS 材料32-33
• 3.3 水作为载体溶液合成 CIS 纳米及 Se 纳米晶33-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 CIS 膜层的制作工艺研究41-52
• 4.1 膜层制作工艺的研究41-43
• 4.2 对 CIS 纳米材料分散剂的研究43-45
• 4.3 CIS 膜层的制作45-49
• 4.3.1 基底材料的选择及处理45-46
• 4.3.2 CIS 膜层的制作46-49
• 4.4 热处理条件对膜层的影响49-50
• 4.4.1 温度对膜层的影响49
• 4.4.2 热处理时间对膜层的影响49-50
• 4.4.3 气流、气压对膜层的影响50
• 4.5 本章小结50-52
• 第五章 N 型材料膜层的制作及器件的测试52-58
• 5.1 ZnS 缓冲膜层的制备52-55
• 5.1.1 化学水浴法制备 ZnS 膜层的反应机理52-53
• 5.1.2 影响 ZnS 膜层的因素53-54
• 5.1.3 ZnS 膜层的制备54-55
• 5.2 TiO2膜层的制备55-56
• 5.3 CIS 材料光电性能的测试56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-61
• 6.1 总结及结果讨论58-59
• 6.2 存在的问题及对未来的展望59-61
• 6.2.1 本课题尚未解决的问题59
• 6.2.2 对未来的展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 攻硕期间取得的研究成果67-68

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