铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层材料研究

【摘要】： 能源短缺和环境污染是21世纪人类面临的重大问题,发展清洁能源取代传统化石能源成为解决这些问题的科学途径之一。水力发电、潮汐、核能和太阳能都是可再生清洁能源,有一定的发展空间。其中,太阳能作为一种不污染环境,又取之不尽的新能源无处不在,这使光伏发电成为新能源利用中重要的组成部分。 当今光伏市场是以晶硅太阳能电池为主,由于硅太阳能电池采用高品质单晶硅作为原料,成本很高。再者,硅太阳能电池使用的硅片厚度约为350微米,对高品质单晶硅使用量明显增加,这也是硅太阳能电池的一个困境。因此,发展低成本、新型薄膜太阳能电池是未来光伏科技的必然趋势。薄膜太阳能电池无论是对原材料的需求,还是制作工艺都比硅太阳能电池成本低。 在薄膜太阳能电池中,目前研究较多的有非晶硅薄膜、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)等薄膜太阳能电池。CIGS薄膜太阳能电池是在玻璃或者其它廉价衬底上沉积6层以上化合物半导体和金属薄膜材料,薄膜总厚度约3～4微米,该电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强,其光电转换效率高,被称为最有前途的廉价太阳能之一。尽管对该电池的研究已有很多,但从大规模商品化和实用化来看,还有许多问题需要解决,其中寻找与CIGS吸收层更加匹配的窗口层材料是实现商业化大规模生产必须完成的。本论文对太阳能电池窗口层材料——硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)的制备方法和工艺做了详细研究,制备出高质量的适合CIGS太阳电池窗口材料,为实现CIGS薄膜太阳电池商品化奠定了基础。 【关键词】：薄膜太阳能电池 ZnO薄膜 CdS薄膜 磁控溅射 化学水浴法
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 论文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 太阳能电池概况10-11
• 1.2 太阳能电池工作原理11-12
• 1.3 太阳能电池的基本特性12-16
• 1.3.1 短路电流12-13
• 1.3.2 开路电压13-14
• 1.3.3 等效电路14-15
• 1.3.4 输出特性15
• 1.3.5 转换效率15-16
• 1.4 影响太阳能电池转换效率的因素16-17
• 1.4.1 禁带宽度16
• 1.4.2 温度16
• 1.4.3 复合寿命16
• 1.4.4 光强16
• 1.4.5 掺杂浓度及剖面分布16-17
• 1.4.6 表面复合速率17
• 1.4.7 串联电阻17
• 1.4.8 金属栅和光反射17
• 1.5 铜铟镓硒(GIGS)薄膜太阳能电池17-20
• 1.5.1 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的产生和发展17-18
• 1.5.2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构和制作工艺18-20
• 1.5.3 窗口层材料在太阳能电池中的作用20
• 1.6 本论文研究的意义和内容20-21
• 第二章 化学水浴法生长硫化镉(CdS)薄膜研究21-43
• 2.1 CdS薄膜的基本特性和应用21
• 2.2 化学水浴沉积法简介21-22
• 2.3 化学水浴沉积法成膜原理22-24
• 2.3.1 溶液成核原理22-23
• 2.3.2 CBD法制备硫化镉薄膜的配方23
• 2.3.3 CBD法制备硫化镉薄膜的反应机制23-24
• 2.4 硫化镉薄膜的表征24-28
• 2.4.1 薄膜的形貌分析24-28
• 2.4.1.1 扫描电子显微镜(SEM)24-25
• 2.4.1.2 X-Ray衍射仪25
• 2.4.1.3 UV-VIS紫外分光光度计25-26
• 2.4.1.4 台阶仪26-27
• 2.4.1.5 四探针电阻仪27-28
• 2.5 化学水浴沉积法制备硫化镉28-42
• 2.5.1 实验装置28-30
• 2.5.2 CBD法实验过程30-31
• 2.5.3 CBD法成长硫化镉薄膜的相关参数与影响31-42
• 2.5.3.1 基片对硫化镉薄膜的影响31-33
• 2.5.3.2 镉盐种类和浓度对硫化镉薄膜性能的影响33-37
• 2.5.3.3 氨水浓度对硫化镉薄膜的影响37-39
• 2.5.3.4 硫脲浓度对硫化镉薄膜的影响39-41
• 2.5.3.5 缓冲溶液对硫化镉薄膜的影响41-42
• 2.6 本章小结42-43
• 第三章 电感耦合等离子磁控溅射氧化锌薄膜研究43-60
• 3.1 ZnO的结构和性质43-46
• 3.2 ZnO薄膜的应用46-47
• 3.3 ZnO薄膜用于太阳能电池窗口材料47-48
• 3.4 ZnO薄膜的制备方法48-50
• 3.5 ZnO薄膜在CIGS薄膜太阳能电池中的应用50-51
• 3.6 溅射镀膜51-54
• 3.6.1 概述51
• 3.6.2 溅射基本规律51-54
• 3.7 电感耦合等离子辅助磁控溅射系统54-58
• 3.7.1 实验过程54-55
• 3.7.2 工艺参数对ITO薄膜特性的影响55-58
• 3.8 本章小结58-60
• 第四章 论文总结和展望60-61
• 攻读硕士期间发表的论文61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

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