CIS类薄膜光伏电池吸收层及缓冲层材料的制备与研究

【摘要】： 太阳能是“取之不尽,用之不竭”的清洁和可再生能源。铜铟硒类薄膜太阳能电池具有优异的光电转换性能而受到广泛关注。CuInSe2(简称CIS)是一种直接带隙材料,其光吸收系数高达105数量级,是目前己知光吸收性最好的半导体薄膜材料之一。CIS类薄膜太阳能电池以CIS为吸收层、以CdS为缓冲层,光电转换效率较高。 太阳光的最佳吸收能隙在1.45eV,CuInSe2的带隙为1.04eV,为了提高带隙宽度,通常掺入Ga,形成CuInGaSe四元化合物。鉴于In和Ga均为昂贵金属,本文通过在CIS中掺入廉价的金属Al形成CuInAlSe(CIAS),改变材料的禁带宽度,以提高太阳能电池的转换效率。缓冲层CdS中的Cd有毒,本文制备无毒的ZnS替代CdS做为太阳能电池的缓冲层材料,对环境保护有利。 本文首先在玻璃衬底真空上蒸镀Cu-In和Cu-In-Al金属多层膜以及后硒化退火的方法,制得了CIS和CIAS薄膜。然后以ZnSO4·7H2O和CS(NH2)2为原料,以NH3·H2O为络和剂,用化学水浴沉积法(CBD)制得了ZnS薄膜。进而,对制得的样品用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDX)、四探针电阻测试仪、分光光度计等进行了检测,并对结果进行了分析。 吸收层电性能测试结果显示,CIS薄膜的电阻率在3.68×10-4Ω·cm与1.89Ω·cm之间。当Cu、In、Se的比例在1:1:2附近时,薄膜样品的电阻率在1.0Ω·cm数量级,CIAS薄膜的电阻率较CIS薄膜的低,最高为0.66×10-3Ω·㎝。SEM观察发现CIS薄膜样品的形貌随各元素比例不同而有差异。在化学计量比附近,富Cu的样品晶粒较大。XRD物相分析显示,在化学计量比附近能够获得单一物相的CIS多晶薄膜,Al替代部分In后,CIAS保持了黄铜矿型结构。分光光度计检测结果显示,两种薄膜样品的透光率在5%以下。 SEM观察发现,ZnS薄膜表面形貌呈球形,颗粒细小;四探针电阻测试显示ZnS薄膜的电阻率大于1.0kΩ·cm,这样的电阻率满足制作太阳能电池的要求。XRD物相分析显示,ZnS薄膜呈非晶或微晶状态。分光光度计检测说明ZnS薄膜样品的透光率在可见光波段大都在80%以上,其性能均显示了ZnS薄膜适于做太阳能电池缓冲层材料。 【关键词】：CIS CIAS 太阳能电池 硒化
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-29
• 前言10-11
• 1.1 太阳能电池的发展历程11-12
• 1.2 CIS 太阳能电池的发展历史和研究现状12-13
• 1.2.1 国外CIS 太阳能电池的发展历史和现状12-13
• 1.2.2 国内CIS 太阳能电池的发展历史和现状13
• 1.3 太阳能电池的原理13-16
• 1.4 CIS 类太阳能电池的结构16
• 1.5 铜铟硒（CIS）材料的性质和制备工艺16-22
• 1.5.1 铜铟硒（CIS）材料的性质16-20
• 1.5.2 铜铟硒（CIS）类薄膜的制备工艺20-22
• 1.6 ZnS 材料的性质和制备工艺22-28
• 1.6.1 ZnS 在CIS 类薄膜太阳能电池中的应用22-23
• 1.6.2 ZnS 材料的性质23
• 1.6.3 ZnS 材料的性质和制备工艺23-28
• 1.7 论文选题28-29
• 第二章 实验过程29-40
• 2.1 实验设备29-30
• 2.1.1 DMX-220A 型真空镀膜机29-30
• 2.1.2 空心阴极离子镀膜机30
• 2.1.3 电热恒温水浴锅30
• 2.2 检测设备30-32
• 2.3 工装的制作与设备应用32-35
• 2.3.1 真空室支架的设计与改装32-33
• 2.3.2 加热源材料的选择与设计33-34
• 2.3.3 硒化装置的设计34-35
• 2.4 实验过程35-40
• 2.4.1 多层膜方法制备Cu-In 合金层35-37
• 2.4.2 硒化和退火过程37
• 2.4.3 ZnS 薄膜样品的制备37-40
• 第三章 测试结果与分析40-62
• 3.1 CIS 薄膜的测试结果与分析40-47
• 3.1.1 合金层的制备分析40-41
• 3.1.2 形貌观察与微观结构分析41-44
• 3.1.3 各元素的比例与晶粒大小的关系44-45
• 3.1.4 电性能分析45-46
• 3.1.5 光学性能分析46-47
• 本章小结47
• 3.2 CIAS 薄膜的制备和检测分析47-53
• 3.2.1 SEM 形貌观察与分析48-50
• 3.2.2 微观结构分析50-51
• 3.2.3 电性能分析51-52
• 本章小结52-53
• 3.3 ZnS 薄膜的制备及检测分析53-62
• 3.3.1 ZnSO_4 浓度及衬底对ZnS 薄膜厚度的影响53
• 3.3.2 电学性能分析53
• 3.3.3 透过率检测结果与分析53-58
• 3.3.4 XRD 检测结果与分析58
• 3.3.5 SEM 表面形貌检测结果与分析58-60
• 3.3.6 能谱检测结果与分析60
• 本章小结60-62
• 结论62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 附录：攻读硕士期间发表的论文68-69

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

CuInSe_2薄膜太阳能电池材料Al、S掺杂研究    朱郑鑫

厚度对ZnS薄膜结构和应力的影响    马锦;马云芳;宋学萍;孙兆奇;

化学浴沉积法制备ZnS薄膜    王应民;张萌;徐鹏;刘洋文;李禾;徐飞;

CIS/CdS薄膜太阳电池工艺探讨    李长健,王俊清,孙云,舒保健,杜兆峰

CuInSe_2薄膜太阳电池    王兴孔

不同络合剂对化学水浴法制备ZnS薄膜性能的影响    汤会香;严密;张辉;崔天峰;倪利红;杨德仁;

太阳电池新进展    赵玉文

化学浴沉积法制备ZnS薄膜的研究    詹静;付非亚;

太阳能电池及材料研究和发展现状    汪建军;刘金霞;

ZnS薄膜的结构研究    刘云峰，陈国平

化学势的普遍化表达式及其应用    王慧娟;韩光泽;

直拉硅单晶生长的现状与发展    徐岳生

多晶硅太阳电池的氮化硅薄膜性能研究    勾宪芳,许颖,任丙彦,马丽芬

科学级CCD相机的噪声分析和信号处理    马俊婷,李仰军,郝晓剑

单晶硅太阳电池应用的改进方案    董兆

微波辐射法合成对羟基苯甲酸丁酯    李西安;马荣萱;刘江飞;

Mg_2Ni型镁基储氢合金研究新进展    刘迎;李晓艳;郑世钧;孟令鹏;

用太阳能作户外分段断路器操作电源的研究    杨金焕,盛卫东,姚必正

CCD图象检测信号的失真校正    陈离,徐伯庆,王朔中

一种简单实用的模拟信号隔离电路    朱灿焰

基于输入失调补偿的暗电流抑制读出电路研究    黄松垒;张伟;黄张成;方家熊;

Cu_xIn_yGa_zO_n纳米粉体的共沉淀法制备与表征    郑春满;肖静;韦永滔;郭宇杰;谢凯;

Y_2O_3对LaMg_(12)型储氢合金电化学性能的影响    王敬;马兴泰;张莉;吴锋;

聚变堆低活化马氏体钢的发展    黄群英;郁金南;万发荣;李建刚;吴宜灿;

环境友好材料的研究进展    李爱菊;陈红雨;

低成本太阳能级硅材料制备技术    张军;毛协民;傅恒志;

N型Fe掺杂HgCdTe晶体性能研究    叶润清;沈杰;李言谨;龚海梅;方家熊;

V_3TiNi_(0．56)Cr_x(x=0．1，0．3)贮氢合金耐碱液腐蚀性能研究    刘守平;田卫国;刘仁龙;刘小军;刘志红;

化学水浴沉积时间对In_2S_3薄膜性能的影响    黄六一;栾兆菊;王峰;孟亮;

光伏发电实验设计探讨    白连平;张巧杰;

Ti-V-Fe系储氢合金的微观结构及储氢性能研究    杭州明

锂电池电极材料的磁性及电化学性质研究    陈红

基于酞菁铜的太阳能电池的研究    刘一婷

柔性衬底薄膜光伏电池相关材料制备及性能    岳红云

锂离子电池正极材料Li-Ni-Mn-O体系的制备与改性研究    窦树梅

氧化钆掺杂对氧化铪高K栅介质氧空位抑制作用及电学性能研究    季梅

太阳能级硅（SOG-Si）光伏电池中多孔硅吸杂工艺及其神经网络分析方法研究    张彩珍

几种氧化物基量子剪裁发光材料的制备及性能研究    张慧娟

用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究    郎俊伟

掺杂改性纳米TiO_2和ZnO薄膜材料性能的研究    杨昌虎

锂离子电池正极材料磷酸锰锂合成方法的研究    秦明

太阳能LED照明系统控制器的设计    杜守增

太阳能电池用α-SiC_x:H薄膜的制备与性能研究    张瑞丽

树脂炭包覆微晶石墨作锂离子电池负极材料研究    徐乐

形貌可控ZnS材料的水热/溶剂热法制备    刘西中

氧化亚铜粉末、薄膜的制备及其光催化性能研究    翟纪伟

氢能载体甲基环己烷在Ni/γ-Al_2O_3催化剂上的脱氢反应研究    陈卓

锂离子电池正极材料LiMPO_4（M=Mn，Fe）的第一性原理研究    聂正新

光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究及实现    黄克亚

电极修饰对聚合物光伏电池性能及稳定性的影响    田慧

铜铟硒与铜铟硫太阳能电池中有序缺陷化合物的性质及对能带偏移的影响    余斌;徐飞;马忠权;周平华;石建伟;郑玲玲;李拥华;洪峰;

铜铟硒薄膜太阳能电池的几个基础问题研究    蒋方丹;冯嘉猷;

铜铟硒薄膜太阳能电池材料的制备与若干理论计算研究    蒋方丹

Sr掺杂LaMnO_3的电磁学性质    王玲

纳米太阳能电池研究进展    孙宝,郝彦忠,李伟,王禄

军用红外热象仪观察窗口综述    陆炳哲

2003年世界太阳能光伏市场状况    丁海成,高立峰,马兵

CIS/CdS薄膜太阳电池工艺探讨    李长健,王俊清,孙云,舒保健,杜兆峰

硒化锌多晶的淀积——热压工艺    郭晓维,杜树国,杜力,沈亚军

在预涂陶瓷过渡层的多谱段ZnS衬底上沉积金刚石膜的探索研究    吕反修,高旭辉,郭会斌,陈广超,李成明,唐伟忠,佟玉梅,余怀之,程宏范,杨海

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构(Ⅰ)水晶(SiO_2),闪锌矿(ZnS),碘化镉(CdI_2)    仲维卓,华素坤

日本染料敏化太阳能电池最新研究动向    林红,李建保

用于非晶硅太阳电池的p型a-SiC:H:B窗口材料及其前后界面的研究    耿新华,孟志国,王广才,孙云,陆靖谷,孙钟林

CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究    孙云,王俊清,杜兆峰,舒保健,于刚,温国忠,周祯华,孙健,李长健,张丽珠

光伏窗口    德松;

有机光伏电池的研发    杨健君;

基于Ⅲ-V族半导体材料的热光伏电池研究进展    方思麟;于书文;刘维峰;刘爱民;

国内首块车顶用光伏电池板在河北保定问世    

光伏电池板巡检系统的硬件设计与实现    卢艳;黄云龙;

基于光伏电池与超级电容组建直流电源装置    蒋鹏仪;施鹏飞;付湘琼;

光伏电池微结构表面吸收率的温度依变性    杨理理;宣益民;韩玉阁;谭俊杰;

光伏电池最大功率点跟踪控制研究    潘建;

光伏电池工程用数学模型研究    傅望;周林;郭珂;刘强;代璐;黄勇;

标准光伏电池在拉萨自然阳光下的一级标定    刘海涛;桑识宇;翟永辉;周李庆;

光伏电池工程用数学模型研究    傅望;郭珂;周林;

包含近场热传递的热光伏电池系统的性能分析    翟小锋;赖建军;

973项目-低价、长寿命新型光伏电池的基础研究    耿新华;

利用结晶实现塑基光伏电池形态的控制    杨小牛;鲁广昊;黎立桂;

光伏电池表面周期性微结构减反特性分析与计算    徐琴芳;忽满利;李听昕;赵佩;高平安;梁磊;向光华;孙浩;

有机光伏电池中的界面效应研究    魏怀鑫;李艳青;唐建新;

有机光伏电池进展    景悦林;曹莉;

基于Matlab/Simulink的光伏电池特性仿真研究    苑舜;吴桐;蔡志远;

聚合物薄膜光伏电池    印寿根;杨利营;

石墨烯材料光伏电池的研究    印寿根;陈永胜;

光伏电池设备：关注大尺寸 自动化    中电科技集团公司第二研究所 杜海文张瑾

拓日新能8.5亿元投资光伏电池    本报记者 李瞧　收集整理

奥地利开发出电动汽车专用光伏电池系统    刘钢　黄国栋

霍尼韦尔推出晶硅光伏电池新材料    顾定槐　王晓岚

拓日新能拟斥8.49亿再建光伏电池生产线    记者 吴芳兰　编辑 祝建华

拓日新能8.5亿投资光伏电池    邢佰英

新农开发1.8亿参投光伏电池项目    记者 施浩

中欧光伏产业应通过磋商与合作来解决分歧    记者 崔鹏

晶龙集团逾20亿元投建光伏电池项目    严伟明

原料紧缺 光伏电池产量增幅下挫    王佑

光伏电池表面微结构制备及其抗反射性能研究    张伟

多酸/ZnO光伏电池的构建和性能研究    罗新泽

锑化物热光伏电池材料的MOCVD生长特性研究及其器件模拟    彭新村

太阳能级硅（SOG-Si）光伏电池中多孔硅吸杂工艺及其神经网络分析方法研究    张彩珍

氧化锌阵列的制备及其在光电池中的应用研究    琚晓晖

有机聚合物光伏电池的制备及器件物理性能的模拟    高中扩

新型光伏电池减反膜结构的优化设计与性能分析    马佑桥

热光伏电池的研究    徐宇宝

光伏电池板巡检系统的研究    李锐

光伏电池特性研究    张利

有机光伏电池的界面电子结构研究    魏怀鑫

光伏电池建模及其在光伏发电预测中的应用    蒋亚娟

高效率热光伏电池系统的设计    翟小锋

氧化锌有机聚合物光伏电池的设计研究    王跃廷

光伏电池阵列功率输出优化问题的研究    武春波