Cu(In,Ga)Se2薄膜电沉积制备及性能研究

采用Mo/钠钙玻璃衬底作为阴极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,大面积的铂网电极作为阳极的三电极体系,以氯化铜,三氯化铟,三氯化镓和亚硒酸的水溶液为电解液,利用电沉积技术制备出黄铜矿结构Cu(In,Ga)Se2多晶薄膜.研究了不同热处理温度对CIGS多晶薄膜材料的组成、结构和表面形貌的影响以及薄膜的光电学性能.实验结果表明当热处理温度为450℃时,所制备的Cu(In,Ga)Se2薄膜的化学组成接近理想的化学计量比,薄膜具有黄铜矿结构,颗粒均匀,致密性较好,在室温下禁带宽度为1.43 eV,具有高的吸收系数.     

柠檬酸钠的浓度对电沉积制备Cu(In,Ga)Se2薄膜的影响

本文详细介绍了电沉积制备Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜的原理.电解液由CuCl2,InCl3,GaCl3和柠檬酸钠溶液组成.溶流组成通过改变柠檬酸钠的浓度,铟和镓的沉积电位接近或等于铜和硒的沉积电位.Cu(In,Ga)Se2薄膜的性能研究分别采用扫描电镜自带能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜分析Cu(In,Ga)Se2薄膜的化学组成、晶体结构和表面形貌.结果表明当柠檬酸钠浓度为1.0M时,所制备的Cu(In,Ga)Se2薄膜为单一的黄铜矿结构,晶粒大小均匀.     

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.     

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.     

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.     

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.     

AgGa0.7In0.3Se2晶体热膨胀行为研究

采用一种新的定向方法,快速定出了AgGa0.7In03Se2晶体c轴方向,制备得到[001]、[100]方向的块状样品;采用德国B(a)hr公司的WinTA 100热膨胀仪对其进行测试,分别获得了晶体沿c轴、a轴方向的热膨胀系数,分析了它们随温度变化的规律以及晶体出现反常热膨胀的机制;计算出晶体的体热膨胀系数和各向异性因子,分析讨论了晶体非轴向热膨胀系数在不同温度下随cos2φ的变化规律.     

氩气退火时间对Fe(Se,Te)薄膜的性能影响研究

作为一种铁基超导薄膜,Fe(Se,Te)薄膜具有晶体结构简单、所包含的元素较少、易于合成的特点,不仅有利于超导机理研究而且有着潜在的技术应用价值。本文通过磁控溅射在温度为320 ℃的CaF₂单晶衬底上制备了Fe(Se,Te)薄膜,并在氩气氛围下进行了退火处理。研究了退火时间对Fe(Se,Te)薄膜的晶体结构、微观形貌、成分组成以及电输运特性的影响。结果表明:Fe(Se,Te)薄膜的结晶性较好,退火有助于消除薄膜样品中的FeSe相,薄膜的晶格常数c对退火不敏感,退火后薄膜晶粒尺寸变大;Fe(Se,Te)薄膜成分与靶材的名义组分存在一定的偏差,退火时间越长,Fe(Se,Te)薄膜表面的颗粒越密集;Fe(Se,Te)薄膜的电阻随温度升高而减小,呈现出半导体特性,退火3 h后电阻明显增大。     

(Bi2Te3)0.90(Sb2Te3)0.05(Sb2Se3)0.05熔炼冷压烧结材料的制备及其热电性能的研究

本文采用熔炼冷压烧结法制备了n型赝三元(Bi2Te3)0.90(Sb2Te3)0.05(Sb2Se3)0.05熔炼冷压烧结热电材料,分析了材料的微观结构并测试了材料的热电性能.研究表明:烧结有利于提高材料的热电性能;n型赝三元熔炼冷压烧结热电材料的热电性能沿垂直于冷压压力方向存在优化取向.     

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;.     

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;.     

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.     

预制层衬底加热对Cu2ZnSnS4薄膜性能的影响

本文采用二步法制备Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜,首先通过真空热蒸发制备CuZnSn (CZT)预制层,其衬底加热温度分别为20℃、50℃、75℃和100℃,然后对所制备的CZT预制层在400℃下硫化60 min,从而制备出CZTS薄膜.利用XRD、Raman、SEM、反射谱和透射谱对所制备的CZTS薄膜进行了表征,实验结果表明,预制层衬底加热温度对CZTS薄膜结构与光学特性有很大影响,在衬底加热50℃时制备预制层硫化后所得CZTS薄膜具有高的结晶度、致密均匀的薄膜表面和最佳1.5 eV光学带隙.此外,与衬底未加热制备预制层在500℃和90 min最佳硫化条件下所制备的高纯CZTS薄膜相比,在50℃预制层衬底加热条件下所制备CZTS薄膜具有更好地结晶质量、更低的硫化温度和更短的硫化时间,这种现象表明衬底加热制备金属预制层利于更高品质CZTS薄膜的制备,可有效的降低硫化温度和缩短硫化时间,当前的研究结果为在低温下实现高质量CZTS薄膜的制备提供了一种有效的途径.