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.     

柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池量子效率的研究

量子效率是太阳电池对光的吸收能力的评定标准之一.本文通过对柔性衬底倒结构n-I-p非晶硅薄膜太阳电池量子效率的测量,同时结合本征材料吸收特性,讨论了衬底温度和反应压强对太阳电池量子效率的影响.结果表明:本征非晶硅薄膜的吸收特性是影响太阳电池量子效率的主要因素,同时光生载流子在本征层和界面处的复合也会对太阳电池的量子效率有所影响.经过反应条件优化得到了转换效率为5.67;的聚酰亚胺衬底太阳电池.     

Sb2(S1-x Sex)3(0≤x≤1)薄膜太阳能电池的研究进展

Sb2(S1-xSex)3(0≤x≤1)化合物是重要的半导体材料,主要包括Sb2Se3、Sb2Se3及Sb2(S,Se)3三种材料,元素储量丰富且环境友好、组分简单、价格低廉,同时其禁带宽度合适(1.1～1.8 eV),吸光系数大(＞105 cm-1),非常适合用作新型低成本低毒的薄膜太阳能电池的吸收层,有可能成为下一个研究热点.本文综述了近几年来Sb2Se3、Sb2Se3及Sb2(S,Se)3薄膜太阳能电池的研究进展,并对其发展趋势进行了展望.     

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.     

溅射硒化物靶与金属单质靶制备Cu2 ZnSnSe4薄膜及电池的比较研究

采用磁控溅射SnSe-ZnSe-Cu硒化物靶和Sn-Zn-Cu金属单质靶的方法制备两种Cu2 ZnSnSe4(CZTSe)预制层,并将两种预制层采用相同的硒化工艺制备出CZTSe薄膜吸收层.分别采用XRD、Raman、SEM、EDS等分析了薄膜的晶体结构、相的纯度、表面及截面形貌和元素组分,结果发现采用硒化物靶制备的CZTSe吸收层薄膜更为平整致密且无明显孔洞.同时采用Hall测试和J-V测试对太阳电池薄膜的电学性质进行了表征,结果表明硒化物靶制备的CZTSe太阳电池的电流密度以及光电转化效率要高于金属单质靶,金属单质靶制备的CZTSe薄膜电池的开路电压为356 mV,短路电流密度为20.61 mA/cm2,光电转换效率为2.18;,而硒化物靶制备的CZTSe薄膜电池的开路电压为354 mV,短路电流密度为28.41 mA/cm2,光电转换效率为3.33;.     

垒层温度对InGaN量子点/量子阱复合结构内量子效率的影响

使用金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)方法生长了三个具有不同垒层温度的InGaN/GaN量子阱。由于高密度V型坑的形成,完整的量子阱结构被破坏,转变成了InGaN量子点(quantum dots, QDs)/量子阱(quantum well, QW)复合结构。通过变功率光致发光谱和变温光致发光谱,分析了在不同的垒层温度下量子限制斯塔克效应(quantum confined Stark effect, QCSE)、非辐射复合中心密度和载流子局域化效应的变化。结果表明:在较低的垒层温度下,QCSE较弱,因为在较低的温度下,V型坑的深度较深,应力释放较明显,残余应变较低;非辐射复合中心密度也随着温度的升高而逐渐增大;样品的内量子效率(internal quantum efficiency, IQE)随着垒层生长温度的升高而降低。QCSE的增强和非辐射复合中心密度的增大是垒层生长温度升高时内量子效率下降的主要因素。     

硫化时间对CuInS2薄膜微结构的影响

采用磁控溅射技术在镀Mo玻璃基片上沉积Cu-In金属预制膜后在N2气氛下硫化制备CuInS2薄膜。研究热处理硫化时间对CuInS2薄膜的表面形貌和晶相结构性能的影响。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱等测试手段对薄膜的表面形貌和晶相结构进行表征。实验结果表明,采用磁控溅射金属预制膜经适当的时间硫化所制备的CuInS2薄膜为黄铜矿结构,随着硫化时间的增加,CuInS2薄膜的晶粒的形貌由球形结构向片状结构转化,并且硫化时间越长,所得薄膜的结晶性能越好,但过长的硫化时间会生成Cu-Au相而导致薄膜质量的劣化。     

硒化温度对柔性Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜及太阳电池性能的影响

采用磁控溅射和后续硒化退火处理的方法在钛箔衬底上制备了柔性CZTSSe薄膜太阳能电池.利用X射线衍射、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜等研究了不同硒化温度对于CZTSSe薄膜的物相、成分、表面形貌以及对太阳电池性能的影响.结果 表明,580℃硒化温度下制备的CZTSSe薄膜的结晶质量和致密度最好,表现出贫铜富锌的化学元素比例,并且该温度下制得的柔性薄膜太阳能电池性能相对最高,其光电转换效率达到2.27;.     

氨水浓度对化学水浴法制备CdS缓冲层及CZTSe电池性能的影响

主要研究了化学水浴法沉积CdS薄膜中氨水浓度对薄膜材料特性的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计(UV-Vis)等测试手段对制备的CdS薄膜的结构和光学特性进行了分析.结果表明:不同的氨水浓度条件下均得到立方相CdS薄膜,薄膜沿(111)面择优取向生长.随着氨水浓度增加时CdS薄膜表面逐渐变得致密光滑,CdS薄膜的透过率增强和带隙变宽.在氨水浓度为0.10 mol/L时制备出材料特性最佳的CdS薄膜,其表面紧凑致密无针孔,颗粒大小均匀,将其应用于CZTSe薄膜太阳电池中的缓冲层材料,得到光电转化效率为3.12;的CZTSe薄膜太阳电池(该电池未经任何后硒化处理工艺).     

CIGS薄膜太阳电池异质结的结构初析

本论文通过实验制备得到CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS)、CdS、ZnO三种半导体材料,然后根据这三种半导体的相关材料参数和实验数据,得出了它们形成异质结前后的能带图,并计算它们的能带边失调值ΔEC、ΔEV.其中,CdS/CIGS的导带边失调值ΔEc对高效率CIGS薄膜太阳电池的影响作用最大,为-0.298eV(高效电池的理想值范围为0～0.4eV),说明这对电池整体性能不是很好.     

硫化锡多晶薄膜太阳电池研究进展

由于硫化锡具有与硅相近的禁带宽度,安全环保,吸收系数也很高,因此非常适合做太阳能电池的吸收层,近年来已成为国内外专家的研究热点。本文围绕硫化锡薄膜材料的生长制备、性质表征以及基于硫化锡的薄膜太阳能电池的研究进展进行了较为详细的阐述,并对硫化锡太阳能电池的研究前景进行了探讨。     

中频对向靶磁控溅射制备超薄ZnO薄膜及其在太阳电池中的应用

中频溅射制备ZnO薄膜可改善射频磁控溅射方式中沉积速率过慢的缺点.对于多层薄膜的制备,对向靶的设计可使样品避开等离子体直接轰击,减少基底薄膜的损伤.本文采用这项技术制备厚度约为50nm的ZnO薄膜,通过调整工作压强、溅射功率、氧氩比等工艺条件,制备出均匀致密,结晶质量高,电阻率在102～103Ω·cm之间,可见光区透过率达到90;的ZnO薄膜.将其应用到CIGS太阳电池中发现,具有50nm厚度的ZnO层的CIGS太阳电池的性能较无ZnO层的太阳电池都有了很大提高.     

陶瓷衬底上多晶硅薄膜太阳电池研究进展

多晶硅薄膜太阳电池在提高电池效率和大幅度降低成本等方面具有极大潜力.陶瓷材料是高温路线制备多晶硅薄膜电池最常用的衬底材料之一.本文介绍了陶瓷衬底上多晶硅薄膜的制备方法及其电池结构和相关工艺,最后综述了当前该领域的最新研究进展.     

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.     

光学微腔型a-Si薄膜电池陷光结构设计

先基于频域有限差分法和a-Si材料的有效吸收波长范围,利用光场分布、通光效率和有源层吸收谱等优化了有源层厚度为300 nm的a-Si电池用光学微腔陷光结构的缓冲层厚度和光学微腔通光孔尺寸,并对电池光电流密度谱、总电流密度和电池输出参数进行了计算分析.研究表明:缓冲层厚度为2.6 μm,通光孔直径Φ=D×0.8/8时,电池有源层具有最大的吸收效率;优化电池的短路电流为25.9225 mA/cm2,优于其它陷光结构获得的短路电流.     

数值模拟p/i界面对微晶硅薄膜太阳电池性能的影响

采用美国宾州大学开发的AMPS(Analysis of Microelectronic and Photonic Structures)软件模拟了p/i界面缺陷态密度(Npt/i)和非晶孵化层厚度(d)对pin型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池性能的影响.结果表明:随着Npt/i的增大,电池的开路电压Voc和填充因子FF单调减小,短路电流Jsc基本不变;随着d的增大,Jsc和FF单调减小,Voc反而增大;Npt/i和d值的增大均会导致电池光电转换效率η下降.通过对电池内部的电场及能带的分析,对上述模拟结果进行了解释.     

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.     

表面补偿的高雾度ZnO∶Al及其在硅薄膜太阳电池中的应用

采用稀盐酸对磁控溅射法制备的平面掺铝氧化锌(ZnO∶Al,AZO)薄膜表面进行湿法刻蚀制绒,分析了盐酸浓度和刻蚀时间对AZO薄膜表面的形貌特征和光电特性的影响。研究发现,湿法刻蚀导致AZO薄膜表面呈现大尺度的陨石坑形貌特征,随刻蚀时间增加,薄膜在大于500 nm的长波范围内光学透过率可维持在70%~75%,且800nm处雾度值可高达48%,陷光能力快速增加,而面电阻率呈现逐渐增加趋势。高的盐酸浓度可以导致薄膜表面呈现较快凹型形貌特征,并可给出较高的雾度值。为了在保持高雾度值的条件下改善薄膜导电性,在2%盐酸刻蚀30 s所制备绒面沉积300 nm AZO薄膜进行厚度补偿,所获得薄膜的表面方块电阻小于10Ω/sq,以其作为前电极所制成的单结薄膜电池转换效率达到9.24%。结果表明,采用酸性刻蚀+厚度补偿方法所制备的绒面AZO薄膜可兼顾高雾度和低电阻的性能要求,是用作硅基薄膜太阳电池前电极的理想材料。     

铜锌锡硫硒薄膜太阳电池研究进展

低成本薄膜太阳电池在光伏领域有着很大的发展空间和应用前景,铜锌锡硫硒(Cu₂ZnSn(S,Se)₄,CZTSSe)薄膜太阳电池具有组成元素丰富、无毒、光吸收系数高、光学带隙合适、理论光电转换效率高和稳定性好等优点,是一种具有大规模应用潜力的新型薄膜太阳电池。本文将对铜锌锡硫硒薄膜太阳电池的发展、制备方法和研究现状进行介绍,并对报道过的铜锌锡硫硒薄膜太阳电池进行对比分析,概括目前铜锌锡硫硒薄膜太阳电池的成果及现状,最后阐明目前铜锌锡硫硒薄膜太阳电池所存在的问题并对其未来进行展望。