铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研制硕士学位论文

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1、东南大学硕士学位论文铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池的研制姓名：王建波申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：张晓兵;娄朝刚20070126摘要随着能源与环境问题的日益突出，人类对“可再生能源”、。绿色能源”的研究、开发和利用越来越重要、紧迫。其中，太阳能无疑是人类未来能源的首选，在太阳能的有效利用中，光伏技术是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。铜铟镓硒(ClGS)薄膜太阳能电池以其成本低、转换效率高，性能稳定的特点成为最有发展前途的光伏器件之一。本文对C16S太阳能电池的理论分析、结构设计、材料研究

2、和器件制备几个方面都做了大量T作。直流磁控溅射制备电池背电极的过程中，在较低的Ar气压强下溅射M0薄膜，虽有较低的电阻率，但是平面应力不符合要求：而在较高的气压下溅射，^10簿膜的平面应力符合要求，但电阻率较高。因此我们采用通过控制下作压强溅射双层Mo薄膜，用这种方法制备的M0既与玻璃有好的附着性，又有较低的电阻率，符合器件要求。在真空蒸发法制备吸收层的研究中，通过控制蒸发材料的组分、蒸发速率、衬底温度等工艺参数，并在空气中200℃退火后，得到光吸收系数较高、结晶状况良好的P犁CIS薄膜材料：在此基础上通过工艺

3、的优化t实现了Ga的掺入，制备出了具有坡型带隙结构的CIGS薄膜材料。经测试验证了CIGS材料具有更宽的禁带宽度，将其应用于电池吸收层有助于开路电压的提高。水浴珐沉积CdS薄膜，通过不断优化反应溶液浓度、水浴温度，沉积时间等参数，采用滴定的方法控制溶液的PH值和反应速率，沉积得到了厚度在lOOnm以下，均匀致密的CdS薄膜，适合作CIGS电池的缓冲层．在射频磁控溅射制备电池窗口层的研究中，首先完成了陶瓷靶和金属靶的焊钎，然后在溅射过程中不断调整-[作压强、溅射功率等参数，并反复调节匹配电容cl和C2。使反射功率

4、达到最小，通过溅射本征zn晌瓷靶制备高阻zn0薄膜，溅射掺Al的ZnO陶瓷靶制备低阻zA0薄膜，此双层窗u层既有良好的晶格匹配，能带结构和光吸收特性，又能与上电极有较好的欧姆接触，以利于降低串联电阻。在CIGS太阳电池减反射膜的研究中，首先利用光学薄膜的f涉原理，计算减反射膜的厚度和折射率，然后我们根据材科性质和实际条件。选择电子束蒸发法制各A1203减反射膜。用光吸收谱仪测鼍Ahth薄膜样品的光吸收特性。其在可见光波段反射率较低，550rim最低点只有5％左右，因此我们电子束蒸发制备Al舢薄膜作为C1GS电池

5、的减反射膜的方案是可行的。最后我们将以上各单层膜工艺进行优化整合。进行了结构为Glass／go／CIS(CIGS)／CdS／ZnO／z^o／^1／^1舢的CIS(CIGS)薄膜太阳能电池器件的试制探索，并对电池样品性能进行测试分析，就目前工艺中存在的问题提出了一些改进意见．关键词；铜铟镓硒；太阳能电池；薄膜：蒸发；溅射AbstractWiththeshortageoffossilfuel(oil。coaletc,)emerging，findingtheirsubstitutesbecomescritical．S

6、olarenergyis∞idealrenewableenergyforthispurpose．Soinrecentyearsphotovoltaictechnologiesattractmoreattention．Amongseveralkindsofphotovoltaictechnologies。“一In吒a-Se(ClGs)solarcellisexpectedtobepremisingduetoitslowcostandhighconversionefficiency．Thisthesisconcen

7、tratesontheprocessingoftheCIGSsolarcell．Majurworkshavebeelldoneontheories。structuredesign，materialresearchanddevicefabricationofCIGSsolarcells．Thebackelectrodes，蜘films，weredepositedbymagnetronsputtering．Underlowpressure，theIofilmshavelowresistivitybutitsadhe

8、siontosubstratesispoor，andhighpressureimprovestheadhesionbutleadstohigherresistivity．SowedepositeddoublelayersofUofiImsasthebackelectrodesthroughcontrollingpressurewhichresultsingoodadhesionandl