CIGS薄膜太阳电池的制备及性能研究硕士学位论文

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1、上海大学硕士学位论文CIGS薄膜太阳电池的制备及性能研究姓名：杨文继申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理学指导教师：马忠权20070401上海大学硕士学位论文摘要由于具有较高的光吸收系数和高达19．5％的光电转换效率，以及制备工艺的多样、灵活、可重复性，使得C1GS多晶薄膜太阳电池已成为各种太阳电池的首选。通常晶粒边界存在着比较多的缺陷和杂质，它们增加了载流子复合率，从而导致电池性能的下降。但是，理论计算的结果表明，CIGS晶粒边界处价带顶要比晶粒内部的价带顶低400meV，这种能带偏移是由化学诱导产生的，具有电中性非静电的性质，它排斥空穴向晶粒边界的移动。

2、同时对电子不具有吸引力，所以显著减小了电子在晶粒边界处的复合，同时没有导致电荷迁移率的降低。实际上，理论计算已经证明，多晶CIGS薄膜比通常多晶薄膜材料具有更低的光生载流子复合率。一般而言，这种性质对于多晶材料具有广泛的意义，而且对于多晶薄膜展示了广泛的应用前景。本文采用相关的半导体理论，对太阳电池的工作原理进行了分析和阐述，并对CIGS薄膜太阳电池器件的内量子效率进行了分析计算。结果表明，组成电池各层膜厚度的搭配和选取、电池表面载流子复合速率、少数载流子扩散长度和扩散系数等都对内量子效率有影响。在根据提高机械强度、形成足够强的内建电场、减少反射光损失等因

3、素确定了ZnO窗口层厚度的情况下，我们发现电池的内量子效率作为CIGS层厚度的函数存在一个极值，在此厚度下电池具有最高的内量子效率，而且这一厚度值处在通常实验室制备的优良电池的厚度范围以内。CIGS薄膜通常用三步蒸发硒化法制备，而本文首次研究了在玻璃衬底上用单元多步蒸发法制备CIGS薄膜太阳电池及其性能。主要工作包括四部分：用单元多步法制备CIGS薄膜；用常规的V上海大学硕士学位论文CBD法制备CdS缓冲层；用射频磁控溅射制备ZnO窗口层；研究C1GS薄膜太阳电池的性能。在此基础上我们进行CIGS薄膜太阳电池的制备，所得的电池光伏转换效率仅为1．8％，与国

4、外同类电池19．5％的最高效率相比，差距很大，我们认为这是由于这样制备的CIGS薄膜的能带结构与效率优化所要求的能带结构相差太远造成的。为优化这一制备方法，我们需要在将来做更多的工作。关键词：CIGS薄膜太阳电池：单元多步蒸发法；CdS缓冲层；ZnO窗口层；内量子效率Ⅵ上海大学硕士学位论文ABSTRACTCopperindiumgalliumdiselenide(CIGS)thinfilmsarealeadingcandidateforsolarcellsduetofactorssuchashighabsorbanceanditsrecordhigllPV

5、COnversionefficiency19．5％alongwiththereproducibilityandflexibilityofthemanygrowthprocessesusedtofabricatethem．Thisissmprlsingbecausegrainbmmdarias(GBs)areknowntohavehi曲concontrationsofdefectsandimpmitiesthatnormallyeiIhancerecombinationandthusadverselyaffectcellperformanca．Bmviewi

6、ngaGBasasurface-likedipolar鲥nKn№calculationshaveindicatedthattheinterfacebetwe∞theCu-normalgraininterior(GI)andtheCu-deficinntGBwouldlowerthevalencebandmaxilllmattheGBby400meV．Significantly,theseelectronicchangesarepredictedtoonlyproducechargeneulralbandbending．Thischemicallyinduc

7、ednon-electrostaticband“毽etispredictedtorepelholesfromtheGB，deprivingtheelectronsofrecombinationpartnersdespite童lar窖e’expecteddensityofrecombinationcenters．Notethatsinceonlythevalencebandbendsdownwardinthisnon-electrastaticmechanism,thiswillrepelholeswithoutatWactingelectrons,thus

8、electrowhderecombinationmustbedim