cigs太阳电池辐照损伤行为及窗口层影响研究

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1、国内图书分类号：TM914学校代码：10213国际图书分类号：621.383密级：公开工学硕士学位论文CIGS太阳电池辐照损伤行为及窗口层影响研究硕士研究生：许嘉毓导师：赵慧杰副教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM914InstitutionCode:10213U.D.C:621.383Securityclassification:openDissertationfortheMasterDegreeinEnginee

2、ringSTUDYONTHEIRRADIATIONDAMAGEBEHAVIOURSANDTHEEFFECTSOFZnOWINDOWLAYEROFCIGSSOLARCELLSCandidate：XuJiayuSupervisor：AssociateProf.ZhaoHuijieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeri

3、ngDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要CIGS（CopperIndiumGalliumSelenium，铜铟镓硒）太阳电池因其良好的柔性以及优异的抗辐照性能而在空间上具有广阔的开发前景。试验表明CIGS太阳电池在1MeV电子能量1×1016e/cm2注量辐照下性能衰减较小。CIGS本身具有优异的抗辐照性能，在太阳电池中属于内部的吸收层，ZnO位于电池的表面，因而最容易受到粒子影响

4、。本文通过辐照对CIGS电池中的ZnO层的影响进行了详细的研究。利用I-V和QE来测量CIGS太阳电池的电性能，得到辐照后电池电性能发生衰减；利用暗特性分析知辐照后电池的暗电流增大，并联电阻减小；X射线衍射（XRD）分析以及X射线光电子能谱（XPS）分析可以检测辐照引起的缺陷损伤；通过反射率测试分析手段对电池的衰减机理进行研究。1MeV电子穿透性能较强，对电池各部分均造成损伤。电子辐照造成短路电流的下降，短路电流的下降进一步引起开路电压的下降。电子辐照引起ZnO窗口层的电离损伤同时也会引起CdS的损伤。CIGS经过电子辐照后变化较小，说

5、明其具有较强的抗辐照性能。暗特性表明在辐照后引起电池内部并联电阻的减小。经SRIM计算50keV质子会主要影响到ZnO层，同时也会影响到CdS层和CIGS层。随着入射粒子能量的增加，开路电压、短路电流的衰减也增加。对比高能电子和低能质子的辐照损伤可知，在低注量下在500nm和600nm都出现损伤峰，主要与CdS和CdS/CIGS界面的损伤相关，质子辐照造成390nm附近损伤峰，推测可能是ZnO吸收的下降引起的，说明低能质子对ZnO损伤更明显，体现出ZnO窗口层的重要影响作用。由EQE和IQE可知，质子辐照后短路电流的下降主要是由于ZnO

6、的光学性能退化，同时CdS和CdS/CIGS界面也受到较大损伤。利用倾角入射进一步缩短粒子射程。50keV质子60°入射，辐照后量子效率短波段下降较0°入射更为明显，且电池反射率增加也明显，说明ZnO受到的损伤更严重。利用wxAMPS模拟可知，光学透过率下降导致EQE均匀下降，并造成电流和电压的下降。发射极缺陷增加导致短波段光电转换效率下降，串联电阻增大导致短路电流的下降。由于ZnO层对总的光电流贡献较小，因而其辅助发射极作用不明显，主要是窗口层光学作用占主导。模拟进一步证实了ZnO在CIGS辐照损伤中的作用，与实验结果相符。关键词：C

7、IGS太阳电池；辐照；ZnO窗口层；wxAMPS；衰退-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCIGS(CopperIndiumGalliumSelenium)solarcellshaveapotentialapplicationinspacebecauseoftheflexibilityandhighresistancetoradiation.ExperimentsshowedthatCIGSdegradeslittleafterexposedto1MeV1×1016e/cm2electrons.Highradiation

8、resistanceCIGSactasabsorblayer.ButZnO,asthetopmostlayerofCIGSsolarcells,whichshouldhavebeenthemostvulne