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.     

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。     

共蒸发三步法制备CIGS薄膜的相变过程

本文采用共蒸发三步法沉积Cu(In,Ga) Se2 (CIGS)薄膜,其中关于Cu化合物的相转变过程是制约吸收层质量的关键.本文详细研究了三步法工艺中吸收层由贫Cu薄膜向富Cu薄膜转变的相变过程,通过X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)及扫描电镜(SEM)结合的方法总结出三步法工艺的相变过程.     

一步蒸发法制备CIGS薄膜的晶体结构研究

采用一步蒸发法分别在钠钙硅玻璃基底、Mo基底上制备Cu(In,Ga) Se2(CIGS)薄膜,通过改变基底温度研究了玻璃和钼基底下CIGS薄膜晶体结构随温度变化情况,采用XRD、SEM、XRF及UV-vis对CIGS薄膜组成、结构及性能进行了表征.结果表明:在玻璃和Mo基底下制备的CIGS薄膜具有均匀一致的化学计量比组成,不同基底温度下,薄膜呈片状和柱状两种结构,片状结构的光吸收系数和禁带宽度高于柱状结构的光吸收系数和禁带宽度.     

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.     

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.     

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.     

柔性砷化镓薄膜太阳电池剥离(lift-off)技术研究

对柔性砷化镓薄膜太阳电池关键技术进行研究,通过对柔性衬底表面处理、外延片/柔性衬底键合、衬底剥离技术和柔性薄膜外延层器件工艺技术等进行研究,成功地将砷化镓电池外延层转移到柔性聚酰亚胺薄膜衬底上,研制出效率为30.5;(AM0,25℃)的柔性砷化镓薄膜太阳电池,其重量比功率达到2153 W/kg,为将来卫星及临近空间飞行器的应用打下技术基础.     

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.     

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.     

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;.     

基于电沉积过渡层沉积CVD金刚石薄膜的研究

在硬质合金的Cu、Ni、Cr电沉积过渡层上采用热丝CVD法沉积出金刚石薄膜.利用SEM和Raman对金刚石薄膜进行了研究,对影响膜基结合强度的因素进行了分析,利用压痕法对金刚石薄膜与基体的结合强度进行了检验.结果表明,在Cr过渡层上沉积的金刚石薄膜的质量和膜基结合性能较好,优于在Cu、Ni过渡层上沉积的金刚石薄膜的质量和膜基结合性能.     

不同镉源制备铜锌锡硫电池缓冲层的研究

目前制备CZTS薄膜太阳电池的缓冲层绝大多数采用硫酸镉作为镉源.本文将主要介绍用醋酸镉((Ch3COO)2Cd)、氯化镉(CdCl2)和硝酸镉(Cd(NO3)2)和硫酸镉(CdSO4)四种不同的镉源制备硫化镉薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见分光光度计对硫化镉薄膜的结构、表面形貌和光学性能进行分析研究.分析结果表明以硝酸镉为镉源制备的硫化镉薄膜最适合作为缓冲层使用.将不同镉源制备的硫化镉薄膜作为CZTS薄膜电池的缓冲层,制备出的电池效率分别为:1.83;((Ch3COO)2Cd)、2.89;(CdCl2)、3.4;(Cd(NO3)2)、3.19;(CdSO4).     

基于原子层沉积的氧化锆薄膜工艺优化研究

利用原子层沉积技术(Atomic layer deposition, ALD)进行ZrO2薄膜工艺研究,获得了低温下ZrO2薄膜ALD的最佳工艺条件.分析了在低温下前驱体脉冲时间,吹扫时间生长工艺条件对薄膜性能的影响.以四(二甲基氨)基锆(TDMAZ)和H2O为前驱体,制备了均匀性良好,表面粗糙度低,可见光透过率高,水汽阻挡效果良好的ZrO2薄膜.     

化学水浴沉积法制备硫化镉薄膜的微结构和性能

采用化学水浴沉积法在不同氨水用量下制备了Cu(In,Ga)Se2太阳能电池的缓冲层CdS薄膜,根据化学平衡动力学计算出混合溶液中反应粒子的初始浓度、pH值和离子积,利用台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、量子效率测试仪(EQE)和IV测试仪对制备样品的薄膜厚度、表面形貌、晶体结构、量子效率和光电转...     

CuSCN空穴传输层工艺对钙钛矿电池性能的影响

采用溶液法制备了硫氰酸亚铜(CuSCN)薄膜,并将其作为空穴传输层制备了平面n-i-p型钙钛矿太阳电池.系统考察了CuSCN薄膜退火温度、旋涂转速对钙钛矿太阳电池性能的影响.研究结果表明,CuSCN薄膜在70 ℃下退火10 min可以获得较好的电池性能;在此基础上通过调整旋涂转速至2000 r/min,控制CuSCN薄膜厚度约为240 nm,电池性能获得了进一步的提升,电池效率可达11.77;.该研究结果表明,CuSCN材料是一种有潜力的、低成本高性能无机空穴传输材料.     

原子层沉积与磁控溅射法制备TiO2薄膜性能对比研究

分别采用原子层沉积(ALD)和磁控溅射法(MS)在Si和石英衬底上制备TiO2薄膜,并进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外分光光度计对这两种方法制备薄膜的晶型结构、表面形貌和光学特性进行分析对比.结果显示,对于沉积态TiO2薄膜,ALD-TiO2和MS-TiO2未能检测到TiO2衍射峰.ALD-TiO2为颗粒膜,其表面粗糙,颗粒尺寸大;MS-TiO2薄膜表面平整.经退火后,两种方法制备的TiO2薄膜能检测到锐钛矿A(101)衍射峰,但结晶质量不高.受薄膜表面形貌和晶型结构等因素影响,退火前后ALD-TiO2透过率与MS-TiO2透过率变化不一致.对于沉积态和退火态薄膜的禁带宽度,ALD-TiO2分别为3.8eV和3.7 eV,吸收边带发生红移,MS-TiO2分别为3.74 eV和3.84 eV,吸收边带发生蓝移.