铜铟硒太阳能电池材料的制备与表征及RTP的设计

【摘要】： 20世纪70年代全世界发生了以石油为代表的“能源危机”,这让人们认识到常规能源的局限性。随着石油、天然气等化石能源的迅速消耗,能源问题正受到人们广泛的关注。太阳能作为一种可再生的清洁能源具有其它能源无法比拟的优势,而利用太阳能光伏技术发电,已成为能源利用不可逆转的潮流。Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)薄膜太阳能电池有非常高的理论转化效率(高达30%),高的吸收系数(105量级),稳定性好,对材料缺陷的容忍度高等优点成为了近年来电池研究的热点。 本论文具体研究的内容和主要结论如下: (1)采用电沉积法制备铜铟硒(CuInSe_2)薄膜太阳能电池材料,并研究了镀液中不同元素比例对预制膜成分的影响。 (2)用管式炉对预制膜进行硒化,研究了不同硒化条件对薄膜的影响,包括温度、预制膜中Cu/In比例和时间等。当预制膜中Cu/In比例接近1:1(稍微富铜),在温度550℃、热处理时间30min的硒化条件下薄膜的结晶质量最好。 (3)用拉曼光谱探测Cu-In-2Se预制膜在热处理过程中的晶相,由此推断薄膜形成过程。在没有高的饱和Se气氛的保护下,中间相Cu-Se,In-Se,Se和CuAu-CIS相等很容易在预制膜中形成,预制膜内的原子排列结构与CIS晶体相似。二元的硒化物通过与Cu,Se原子或离子之间的扩散转变为CIS。γ-CuSe和CIS的形成温度在170℃左右。 (4)设计并组装了一个快速升温的设备RTP(Rapid Thermal Processing)。该设备的最高升温速率为25℃/s。 【关键词】：太阳能电池 铜铟硒(CIS) 电沉积 硒化 快速热处理(RTP)
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 引言7-8
• 1.2 太阳能光电的研究、应用历史及领域8-10
• 1.2.1 太阳光8-9
• 1.2.2 太阳能光电的应用历史9-10
• 1.2.3 太阳能电池的应用领域10
• 1.3 太阳能电池的原理10-12
• 1.4 太阳能电池的分类12-13
• 1.5 本论文的主要研究内容13-14
• 第二章 铜铟硒（CuInSe_2）太阳能电池14-41
• 2.1 铜铟硒薄膜（CuInSe_2）材料14-17
• 2.1.1 CuInSe_2 薄膜材料作为太阳能电池的优点14
• 2.1.2 CuInSe_2 的材料特性14-17
• 2.1.2.1 物理特性14-15
• 2.1.2.2 电学特性15-16
• 2.1.2.3 半导体特性与成分关系16-17
• 2.2 CIS 太阳能电池的结构及吸收层的制备方法17-20
• 2.2.1 CIS 太阳能电池的结构17
• 2.2.2 CIS 吸收层的制备方法17-20
• 2.3 下衬底太阳能电池的制备20-37
• 2.3.1 电池的制备过程20-21
• 2.3.2 电沉积制备CIS 薄膜21-23
• 2.3.2.1 电沉积制备CIS 薄膜的原料21
• 2.3.2.2 实验过程21-23
• 2.3.2.3 溶液中元素比例对预制膜的影响23
• 2.3.3 硒化对薄膜的影响23-37
• 2.3.3.1 预制膜的成分对硒化后薄膜的影响24-26
• 2.3.3.2 硒化时间26
• 2.3.3.3 硒化温度对薄膜质量的影响26-28
• 2.3.3.4 拉曼光谱检测硒化过程中晶相的形成过程28-33
• 2.3.3.5 RTP 过程硒化 CIS 预制膜33-36
• 2.3.3.6 总结36-37
• 2.4 上衬底太阳能电池的制备37-41
• 2.4.1 电池的制备过程37
• 2.4.2 电沉积制备 In_2Se_3/CuInSe_237
• 2.4.3 分析和讨论37-41
• 第三章 快速升温炉的设计41-51
• 3.1 快速热处理的发展历程41-42
• 3.2 快速热处理工艺与常规热处理的的区别42-43
• 3.3 PID 控制理论43-44
• 3.4 快速退火炉的设计44-49
• 3.4.1 加热系统的设计44-47
• 3.4.2 温控系统设计47-49
• 3.5 总结和讨论49-51
• 第四章 全文总结及展望51-52
• 参考文献52-56
• 致谢56-57
• 在读期间发表的学术论文与有关工作57

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