基于CIGS太阳能电池陷光结构的ZnO纳米线阵列制备与性能研究

摘要

铜铟镓硒[Cu(In，Ga)Se2，CIGS]薄膜太阳能电池具有光电转换效率高、稳定性高、成本较低、弱光响应性好、无光致衰减效应、可柔性化等诸多优点，一直备受关注，也是目前实现规模化应用的一种最好的薄膜太阳能电池。CIGS薄膜太阳能电池结构中透明导电前电极与光吸收层（n型CdS/p型CIGS层）之间需要一个较高电阻率的缓冲层（i-ZnO层）。ZnO纳米线阵列具有巨大的比表面积、不平整绒面结构、电阻率可调等特点，用ZnO纳米线阵列作为CIGS太阳能电池的缓冲层，可以增大接触面积，加快电子传输，而且纳米线阵列的绒面结构起到陷光作用，增强了电池对太阳光的捕获效率，从而进一步提高电池的光电转换效率。 本文探讨了应用于CIGS太阳能电池的ZnO纳米线的制备工艺，通过电化学沉积法在FTO玻璃衬底上制备ZnO纳米线阵列，调节沉积电位、电沉积溶液浓度、沉积时间等工艺参数，研究其对ZnO纳米线阵列形貌与性能的影响，然后依次通过化学水浴沉积CdS层、磁控溅射CIGS层和Mo层获得FTO/ZnO纳米线阵列/CdS/CIGS/Mo结构的太阳能电池，并通过测试I-V曲线表征电池的光电转换性能。主要研究结果如下: (1)研究了沉积电位对ZnO纳米线阵列的形貌与性能的影响。结果表明，其他工艺参数相同，在阴极还原电位U分别为-1.4V、-1.5V、-1.6V时，电位为-1.5V沉积的ZnO纳米阵列呈六方柱体，侧面光滑，结构致密，均匀度好。 (2)比较了锌源(Zn2+)浓度为0.0025M/L、0.003M/L、0.004M/L三种溶液电沉积制备ZnO纳米线阵列。结果表明，当锌源(Zn2+)浓度为0.004M/L时，浓度积超过Zn(OH)2溶度积常数，易产生Zn(OH)2沉淀。锌源(Zn2+)浓度为0.003M/L和0.0025M/L的溶液制备ZnO纳米线阵列，长度分别为300-400nm和200-300nm，锌源(Zn2+)浓度为0.0025M/L的溶液生成的ZnO纳米阵列更利于CIGS太阳能电池光转化效率的提高。 (3)研究了电沉积时间参数对ZnO纳米线阵列形貌与性能的影响。结果表明，不同沉积时间制备的ZnO纳米线阵列形貌和尺寸都存在一定的差异。其中，沉积20min的ZnO纳米线阵列长度为200-300nm、直径为50nm左右符合CIGS薄膜太阳能电池所需ZnO纳米线阵列结构。 (4)在最佳的ZnO纳米线阵列制备工艺参数条件下:沉积电位为-1.5V、溶液浓度为0.0025M/L、沉积时间20min，所获得的CIGS太阳能电池光电转换效率最优。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．1．1 CIGS太阳能电池的研究现状

1．1．2陷光结构的基本原理

1．1．3陷光结构应用于太阳能电池的研究现状

1．2一维ZnO纳米阵列的制备及其应用

1．2．1电沉积法合成一维ZnO纳米结构

1．2．2一维ZnO纳米陷光结构在薄膜太阳能电池中的应用

1．3 ZnO纳米线阵列陷光结构的CIGS太阳能电池的结构

1．4论文课题内容、研究意义及研究的创新性

1．4．1课题内容

1．4．2课题研究意义

1．4．3课题研究创新性

第二章实验方法

2．1实验材料与设备

2．1．1实验材料

2．1．2实验仪器与设备

2．2实验方案

2．2．1实验路线

2．2．2实验内容

第三章ZnO纳米线阵列／CdS／CIGS／Mo层的结构与性能分析

3．1．1物相分析

3．1．2表面微观形貌

3．1．3化学组成

3．1．4光学特性

3．2缓冲层CdS的研究

3．2．1物相分析

3．2．2表面微观形貌

3．2．3化学组成

3．2．4光学特性

3．3磁控溅射CIGS层和Mo层

3．4本章小结

第四章ZnO纳米阵列对太阳能电池性能的影响

4．1 FTO／ZnO纳米线阵列／CdS／CIGS／Mo结构的太阳能电池的测试

4．2 FTO／ZnO纳米线阵列／CdS／CIGS／Mo结构的太阳能电池性能分析

4．3本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录