Ga源温度对共蒸发三步法制备Cu(In,Ga)Se2太阳电池的影响

利用共蒸发三步法制备了Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜,并通过调整制备工艺中的一、三步的金属镓(Ga)的温度,改变Ga含量的梯度分布,研究不同梯度分布对CIGS薄膜及电池性能的影响.从而优化了电池带隙梯度分布,使电池的开路电压Voc在提高的同时,最大程度的减小了Jsc的损失.优化后薄膜表面的结晶情况得到改善,电池的结界面和二极管特性也得到相应的提高.量子效率测试发现,优化后的CIGS太阳电池在较长波段中(520～1100nm)的光子吸收损失大大减小.     

水浴温度对CdS薄膜性能的影响

采用化学水浴法,以不同水浴温度在玻璃衬底上沉积CdS薄膜并制备CIGS薄膜太阳能电池,研究了水浴温度对CdS薄膜和CIGS太阳能电池性能的影响.结果表明:水浴温度对CdS薄膜的致密性、沉积速率、透过率和成分比率都有影响.在65-80℃之间制备的CdS薄膜均匀致密且透过率高,可作为CIGS太阳能电池的缓冲层;另外,CdS缓冲层的厚度对CIGS电池的性能影响显著,较薄的CdS缓冲层能够增加CIGS电池在400-500 nm波段对光线的吸收,提高CIGS电池的短路电流.     

吸收层成份比例对CIGS太阳电池性能的影响

本文利用传统的共蒸发三步法制备了CIGS薄膜及电池器件,通过X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电镜(SEM)、Hall测试仪、太阳光模拟器I-V曲线测试等方法,研究了Cu和Ga元素比例的不同对电池二极管特性及效率的影响,获得了Cu/(In+ Ga)比值为0.89～0.93、Ga/(In+ Ga)比值为0.29～ 0.33是制备高效电池的理想范围的结论,并分析了偏离理想成份范围的电池性能下降的原因.最后通过工艺优化,制备出理想成份范围内的高质量CIGS薄膜,获得了15.27;的高转换效率电池.     

镓(Ga)的含量及分布对CIGS薄膜电池量子效率的影响

采用两步法制备CuGaxIn1-xSe2薄膜,Cu-In-Ga金属预制层采用铜镓合金靶及铟靶通过磁控溅射方法沉积而成,采用固态源硒化法在硒蒸气密闭环境中硒化,通过调整镓(Ga)比例及分布控制CIGS薄膜的带隙,采用镓元素梯度分布,使CIGS薄膜带隙呈现抛物线状分布,电池的量子效率得到明显提高,制备出的CIGS薄膜电池开路电压与转换效率都得到很大程度的改善,电池最高转换效率已达9.4;.     

采用超薄的GaAs光子晶体吸收层提高太阳能电池的吸收效率

本文提出了一种超薄的GaAs光子晶体吸收层结构.吸收层厚度只有0.2μm,太阳能电池的总厚度只有0.35μm.计算结果表明:当晶格常数T=0.46μm、上表面边长r=0.05μm、下表面边长R=0.1μm、高度为0.2μm时,吸收层的吸收效率较高.在300～700 nm波长范围内,该薄膜太阳能电池的吸收效率比吸收层不含光子晶体的电池提高了61.80;.所设计的薄膜电池结构在波长为300～700 nm、入射角为0°～70°范围内的吸收效率均在60;以上,满足太阳电池对宽频谱、广角度光吸收的要求.     

多晶Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳电池光强特性的研究

本文系统研究了Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池在入射光强为10～100 mW/cm2范围内的性能参数.结果表明,随光强的减弱,CIGS电池的转换效率、填充因子、短路电流密度和开路电压等性能参数逐步衰减;电池参数与光强的依赖关系可明显划分为两个阶段:光强高于75 mW/cm2时,电池性能变化不大;当光强低于70 mW/cm2时,电池性能衰减明显.这是由于随着光强的降低,RS(串联电阻)值和RSH(并联电阻)值都在升高.其中,RSH值的增大使得CIGS电池的弱光特性变好,但较小的RSH值并不能弥补RS所导致电池性能的衰退.最后,发现高Ga含量的CIGS薄膜电池(8.7;)比低Ga含量(6.9;)的电池弱光特性好.     

TiO2包覆SnO2光阳极的制备及其对DSSC性能的影响

以TiCl4溶液浸泡处理的花状SnO2晶体薄膜为光阳极,经N3染料浸渍,与Pt对电极,I-/lf电解质组装成染料敏化太阳能电池(DSSC).通过XRD对花状SnO2粉体物相进行分析;利用SEM对花状SnO2粉体及SnO2-TiO2薄膜表面形貌进行分析;电池的光电性能通过伏安特性曲线(J-V)进行分析.结果表明:花状SnO2-DSSC有利于提高电池的光电性能,光电转换效率较球状SnO2-DSSC提高近38;.经TiCl4处理的SnO2-TiO2-DSSC的短路电流(Jse)和开路电压(Voc)分别达到7.20 mA·cm-2和0.63V,电池的光电转换效率达到3.24;,与纯花状SnO2-DSSC相比提高了近4倍.     

基于蒙脱石和层状双氢氧化物纳米剥离的层层自组装异构薄膜制备

以乙酸乙酯为剥离介质,采用超声法剥离有机蒙脱石(CTA-MMT)和层状双氢氧化物(MgAl-SDS-LDH),以聚乙烯醇(PVA)为交联剂,采用层层自组装(LBL)的方法制备了蒙脱石-层状双氢氧化物异构薄膜(PVA/MMT/PVA/LDH)n.采用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见光分光光度计对样品进行了表征.结果表明,超声剥离处理后的CTA-MMT和MgAl-SDS-LDH片层厚度分别达到17 nm和12 nm.(PVA/MMT/PVA/LDH)n异构薄膜层间距为1.81 nm,一个组装循环得到以MMT和LDH纳米片层构成薄膜单循环片层,厚度约为170 nm.薄膜对264 nm左右的光呈现强烈的吸收带,并且吸收强度与薄膜厚度之间呈线性关系,表明薄膜单元层具有良好均一性.     

n-GaInP2/p-Ge异质结热光伏电池特性分析

热光伏电池是当前研究的热点,目前同质结Ge电池的研究较为常见,而GaInP2/Ge异质结电池还未见相关报道.本文首先对比GaInPJGe异质结与GaInP2/Ge/Ge同质结的能带图,发现异质结界面处的阶跃势垒位于内建电场内部,以至于阶跃势垒不影响载流子输运,能提高器件的性能.然后通过MOCVD在P型Ge衬底上外延高质量、宽带隙的单晶GaInP2层,并进行TEM-EDX线性扫描、Ⅰ-Ⅴ测试,研究结果表明,利用MOCVD技术制备的GaInP2/Ge异质结界面陡峭且GaInP2并未向Ge内扩散;通过优化器件工艺4 cm2全面积电池效率最终达到5.18; (AM1.5,25℃).根据J-V曲线方程推算出串并联电阻(Rs、Rsh)、反向饱和电流密度(J0)和二极管品质因子(A)等参数,为电池性能的进一步提高获得主要的突破路径.     

温度对CIGS太阳电池输出特性的影响

温度特性是太阳电池的一个重要特征,本文研究了Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池的输出特性随温度变化(120~260K))的规律.发现,随着温度升高,开路电压Voc明显降低,温度系数为-1.08mV/K,短路电流Isc小幅升高,温度系数为0.01401mA/K.这是因为:随着温度上升,禁带宽度下降,暗电流增加,造成开路电压的降低;更多的光生载流子被激发,串联电阻有所下降,使得短路电流增加.两者共同作用,电池效率有所下降.     

Preparation of indium tin oxide thin films without external heating for application in solar cells

Indium tin oxide (ITO) films were grown without external heating in an ambient of pure argon by RF-magnetron sputtering method. The influence of argon ambient pressure on the electro-optical properties of as-deposited ITO films was investigated. The morphology, structural and optical properties of ITO films were examined and characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), atomic force microscopy (AFM) and UV–VIS transmission spectroscopy. The deposited ITO films with a thickness of 300 nm show a high transparency between 80% and 90% in the visible spectrum and 14–120 Ω/□ sheet resistance under different conditions. The ITO films deposited in the optimum argon ambient pressure were used as transparent electrical contacts for thin film Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) solar cells. CIGS solar cells with efficiencies of the order of 7.0% were produced without antireflective films. The results have demonstrated that the developed ITO deposition technology has potential applications in thin film solar cells.     

溅射制备Zn(O,S)薄膜及其在CIGS电池中的应用

通过射频磁控溅射(MS)工艺,在不同溅射功率下制备Zn(O,S)薄膜,并将其应用于CIGS异质结器件结构中.采用XRD、XRF、台阶仪、透反射光谱仪、SEM以及wxAMPS仿真软件对Zn(O,S)薄膜以及MS-Zn(O,S)/CIGS异质结器件进行研究.结果表明,低功率条件下(<80 W),Zn(O,S)薄膜内S/Zn明显降低,带隙减小,所制备的微晶或非晶结构Zn(O,S)薄膜材料中生成闪锌矿结构ZnS (α-ZnS);高溅射功率下(>100 W),薄膜内S/Zn增加并趋于稳定,Zn(O,S)材料结晶性能改善,α-ZnS消失,带隙增加.器件仿真结果表明,低功率条件下,缓冲层与吸收层(AB)界面导带失调值(CBO)增大,空间电荷区(SCR)复合加剧;高功率条件下,器件品质因子升高明显,主要是由于高功率引起的异质结界面类受主缺陷浓度增加.     

Cu(In,Ga)Se_2薄膜表面镓(Ga)含量分布对太阳电池性能的影响

本文利用三步法共蒸发制备Cu(In,Ga)Se_2多晶薄膜吸收层,通过改变第三步Ga的蒸发温度控制薄膜表面Ga的含量及其分布.随着吸收层表面Ga含量的增大,空间电荷区带隙变宽,电池的开路电压V_(oc)明显增大.同时,Ga的梯度分布有效地扩宽了吸收层的光谱响应范围,减小了由于禁带宽度增大所引起的短路电流J_(sc)的损失,从而有效地提高了电池的转换效率.     

CIS and CIGS nanomaterials prepared by solvothermal method and their spectral properties

Uniform CIS and CIGS nanomaterials were successfully synthesized by a simple amino‐based assisted solvothermal technique using PVP‐30 as the surfactant. The influence of surfactant, temperature and Ga amount on the structure, morphology, phase and spectral property was analyzed in detail. The results show that CIS and CIGS nanomaterials with 40∼70 nm in diameter can be gained at 200 °C for 24 h. PVP‐30 surfactant can greatly improve the dispersion characteristics of particles. XRD pattern shows that the “three peaks” obviously shift to bigger 2θ after gallium implantation because of lattice contraction. EDAX and Raman show that the final product is close to CuIn_0.7Ga_0.3Se₂. The possible reaction mechanism has also been explained in detail. UV‐vis‐NIR spectra show that the absorption peak and absorption edge of CIGS with 1.278 eV bandgap obviously shift to a lower energy compared to CIS with 1.051 eV bandgap, which shows the potential application in enhanced conversion efficiency.     

电势诱导衰退和湿热衰退P-PERC太阳能电池的修复与增效

针对P型钝化发射极背面接触(PERC)太阳能电池在服役期间受到电势衰退和湿热诱导衰退影响而引起光电转换效率降低的问题,本文通过光电注入和热退火工艺对已衰退电池进行修复并研究其增效机制。实验结果表明:在光照强度为3倍标准太阳光、电注入电流为10 A、退火温度为150 ℃、工艺50 min实验条件下,对180片已衰退电池进行修复实验,其中94.32%的已衰退电池的光电转换效率得到修复,实验后电池光电转换效率平均提升8.96%。光致发光光谱和量子效率分析表明,光电注入和热退火工艺可有效减少电池因电势诱导衰退和湿热衰退形成的内部缺陷和背表面缺陷,提升衰退电池片的光电转换效率。     

卷对卷技术制备大面积柔性CIGS薄膜太阳电池吸收层

以轻质柔性聚酰亚胺(PI)材料为衬底,采用低温共蒸发"一步法"工艺制备四元化合物Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜.本文采用卷对卷(roll-to-roll)技术,在衬底幅宽300 mm的方向上实现了良好的成膜均匀性.利用XRD和XRF分别分析了所制备薄膜的晶相、组分和厚度,SEM分析了薄膜的表面形貌,讨论了不同衬底温度下制备的CIGS薄膜的性能.     

GeSe基薄膜太阳电池模拟研究

硫化亚锗(GeSe)具有合适的禁带宽度、高的吸收系数和高的载流子迁移率等优异的光电特性,且组分简单、低毒和储量丰富,特别适合作为光伏吸收材料。本文基于新型太阳电池吸收层材料GeSe构筑了结构为金属栅线/AZO/i-ZnO/CdS/GeSe/Mo/玻璃的薄膜太阳电池,分别模拟分析了缓冲层和吸收层的厚度、掺杂浓度,以及吸收层体缺陷密度对器件性能的影响。经过优化CdS缓冲层厚度和掺杂浓度以及GeSe吸收层厚度和掺杂浓度,器件获得高达27.59%的转换效率。这些结果表明GeSe基薄膜太阳电池有成为高效光伏器件的潜力。