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。     

预制层中Zn和ZnS对CZTS薄膜太阳电池的影响

采用磁控溅射后硫化的方法制备Cu2 ZnSnS4 (CZTS)薄膜,分别用Zn和ZnS作为锌源,在镀钼的钠钙玻璃衬底上以Zn(或ZnS)/Sn/Cu的顺序制备出不同的CZTS薄膜预制层.首先对预制层进行低温合金,然后以硫粉作为硫源进行高温硫化,得到CZTS薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分别对所制备薄膜的晶体结构、表面形貌和薄膜组分进行分析表征;并用拉曼光谱表征了CZTS相的纯度.最后用CZTS薄膜制备了太阳电池,发现在预制层中以ZnS作为锌源得到的太阳电池有较高的性能参数,其开路电压:V =651 mV,短路电流密度:Jsc=11.4 mA/cm2,光电转换效率达到2.8;.     

硫化温度-时间曲线对铜锌锡硫薄膜性能的影响

采用溅射法制备含硫预制层,硫化时采用不同的升温速率对经过合金处理的含硫预制层进行退火硫化.通过表征薄膜的表面粗糙度,致密性,均匀性来研究硫化时升温速率对薄膜表面形貌的影响.结果表明当升温速率变慢时,薄膜中的CZTS颗粒逐渐增大,虽然较大的颗粒能减少单位面积内的晶界,但是薄膜的表面粗糙度却随颗粒尺寸的增大而逐渐下降.通过对薄膜的元素组分、晶体结构、相成分进行了检测,确定出薄膜的成分为贫铜富锌的单相锌黄锡矿.再通过测量相应的没有Mo层的CZTS薄膜样品的光电特性来间接的反映拥有Mo层的CZTS薄膜的光电特性.最终制备出结构为SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/AZO/Ni/Al-grid的CZTS薄膜太阳电池,其中转换效率最高的电池为3.60;.     

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.     

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.     

CIGS薄膜太阳电池产业化的最新进展及发展趋势

Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池已经进入产业化快速发展阶段,显示出良好的发展趋势。本文就近年来CIGS薄膜太阳电池基础研究和产业化技术所取得重大突破性进展及产业化现状进行了概述。在基础研究方面,共蒸发法制备的小面积电池效率达到20.3%,非真空低成本涂覆法制备的电池效率达到17.1%。在产业化方面,商品化组件效率与小面积电池效率差距大幅度缩小,30 cm×30 cm电池组件效率达到17.8%,160 cm×66 cm大面积组件效率达到15.7%,产量和产能大幅增长。CIGS太阳电池产业化的技术路线很多,发展的重点各不相同,但最终也许会有一种解决方案集中所有技术的优点,成为产业化的主流,为未来世界能源供应和制造工业做出巨大贡献。     

多周期溅射单质靶制备铜锌锡硫薄膜电池

采用多周期磁控溅射单质靶Cu-Sn-Zn制备CZTS薄膜太阳电池.多周期包含两周期和四周期,同时与单周期制备的CZTS薄膜电池作对比.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和拉曼光谱仪(Raman)对不同周期得到的CZTS薄膜的晶体性质、表面样貌、化学成分等性质进行分析研究.分析结果显示,多周期制备的CZTS薄膜晶体质量要比单周期的好,表面均匀致密.重要的是四周期溅射制备的CZTS薄膜是研究的最佳实验组.最终把不同周期得到的CZTS薄膜制备成完整的器件结构,得到的太阳电池效率分别是:单周期2.64;,两周期3.01;,四周期3.36;.     

新型单晶薄膜InP太阳电池的光谱响应

为使通信卫星能够正常工作于所谓Van Allen辐射带,必须发展一种具有强抗辐射能力的太阳电池.本文设计研究外延了漂移机制单晶薄膜InP太阳电池,测量了其光谱响应,结果表明该电池在325nm到632nm之间有高于50;的内量子效率,在253nm也有较好的响应.有望获得高效率的应用于AM0条件的InP太阳电池.此外,实验结果还表明该设计可以应用于短波光探测器.     

FTO薄膜制备技术研究进展

本文首先对FTO薄膜的特性和应用进行简明陈述,之后对薄膜的制备方法,包括溶胶-凝胶法、磁控溅射法、化学气相沉积法和喷雾热解法等现有制备技术及研究进展进行了全面的综述,最后对FTO薄膜的制备技术改进及FTO理论设计研究前景进行了展望.     

P型ZnO薄膜的制备及其在太阳电池中的初步应用

利用超声雾化热分解技术(USP)、通过N-Al共掺的方法,在coming 7059衬底上生长出P型透明导电膜.该薄膜在可见光范围内的透过率可达到90;以上.X射线衍射的测试结果表明:P型透明导电膜具有c轴择优生长特性.通过霍耳测试得到P型ZnO薄膜的电学特性为:电阻率为4.21 Ω·cm、迁移率是0.22 cm2/(V·s)、载流子浓度为6.68×1018cm-3.此材料初步应用到微晶硅电池中,其开路电压为0.47 V.     

ITO/BZO复合薄膜制备及在非晶硅薄膜太阳能电池的应用

采用低压化学气相沉积(LPCVD)法在沉积ITO薄膜的玻璃衬底上制备了硼掺杂氧化锌(BZO)薄膜,研究了ITO缓冲层对ITO/BZO复合薄膜表观形貌、导电性能和光学性能的影响;并研究了ITO/BZO薄膜在非晶硅薄膜太阳能电池的应用.结果表明,以ITO作为缓冲层来沉积BZO薄膜,有利于BZO晶粒尺寸的长大,并可以显著提高BZO薄膜的导电能力.ITO/BZO复合薄膜具有相对较高的导电能力和光学透光率,应用在非晶硅薄膜太阳能电池时转化效率提高0.20;.     

不同硫化温度对Cu2ZnSnS4薄膜质量及太阳能电池性能的影响

采用ZnS-Sn-CuS作为靶材,利用磁控溅射技术制备了Cu2ZnSnS4 (CZST)薄膜材料及太阳电池,重点研究了不同硫化温度对CZTS薄膜质量及太阳电池性能的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)分别表征了不同硫化温度下制备的CZTS薄膜的晶相结构、表面形貌、化学组分、相的纯度和光学性能.结果表明:在580℃下所制备的CZTS薄膜光滑致密、结晶质量好,同时化学组分属于贫铜富锌,而且无其他二次相,禁带宽度约为1.5 eV.符合高效率太阳电池吸收层的要求.将CZTS吸收层按照SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/ Al的结构制备成面积为0.12 cm2的电池并进行Ⅰ-Ⅴ测试.测试结果表明,在580℃硫化后制备的CZTS薄膜太阳电池具有最高的转换效率为3.59;.     

沉积时间对Zn(O,S)薄膜性能及Cu2ZnSnSe4薄膜电池的影响

无镉材料Zn(O,S)因其带隙宽且可调节、无毒无害等优点被作为缓冲层材料重点研究,通过化学水浴法制备Zn(O,S)薄膜,研究了沉积时间的不同(20~35 min)对Zn(O,S)薄膜的成分、结构特性、光学性能及形貌的影响.通过XRD测试可知,水浴法制备的Zn(O,S)薄膜为非晶态.通过透反射谱测试可知,薄膜的光学透过率较高(>80;).通过表面形貌测试可知,30 min时Zn(O,S)薄膜为致密均匀的小颗粒.将Zn(O,S)薄膜应用在CZTSe电池中,在30 min时获得较高器件转换效率5.37;.     

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.     

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.