CIGS基薄膜太阳能电池吸收层的纳米油墨涂覆工艺研究

摘要

能源危机是当今世界各国共同面临的问题。在常规能源储量的日益减少，使用带来的环境污染问题日益严重的今天，薄膜太阳能电池的产业化发展研究具有非常重要的意义。采用纳米油墨涂覆工艺来制备CIGS薄膜太阳能电池，具有成本低、工艺简单、制备时间短、易进行批量、大面积产生等优势。但是一般工艺流程中纳米油墨的制备和调配较为繁琐，得到的油墨分散性不好，薄膜涂覆质量差，限制了纳米油墨涂覆技术产业化的发展应用。
　　本文在传统CIGS纳米油墨涂覆工艺的基础上，优化了纳米油墨调配和薄膜涂覆的工艺流程，改善了油墨的分散性和薄膜的涂覆质量。同时以元素替代的方法对CIGS基薄膜太阳能电池生产成本的降低进行了研究，使其更符合产业化生产的要求。主要内容和总结如下：
　　(1)采用不同的方式进行纳米油墨的调配，通过SEM扫描电镜观察，减少油墨清洗、离心的程度有助于改善油墨的分散性、提高油墨的涂覆质量，制备出表面更为平整均匀的薄膜。
　　(2)采用双温管式炉进行硒化退火，对制备得到的CIGS薄膜进行SEM扫描电镜观察，发现采用涂覆-干燥循环工艺制备的前驱体薄膜经硒化退火后得到的CIGS薄膜表面形貌均较为疏松，多孔洞。采用相同的涂覆工艺时，将硒化退火时间由20分钟延长到60分钟后，硒化退火制备得到的CIGS薄膜结晶性有所改善。
　　(3)采用不同油墨以丝网印刷方式制备CIGS薄膜。通过SEM扫描电镜观察，采用涂覆-热分解循环工艺制备的CIGS薄膜相较于采用涂覆-干燥循环工艺制备的CIGS薄膜具有更为致密的薄膜形貌。通过XRD衍射图谱分析，采用涂覆-热分解循环工艺制备的薄膜相比于涂覆-干燥循环工艺制备的薄膜，有机物分解更完全，碳、氧杂质含量少。
　　(4)采用球磨法制备CZTSe前驱体纳米油墨，以旋涂工艺制备CZTSe薄膜。通过水浴超声测试发现，在油墨调配过程中添加适量乙基纤维素有助于改善CZTSe薄膜的成膜性，得到牢固不脱落的薄膜。通过XRD衍射图谱分析，乙基纤维素的加入在薄膜内引入了一定量的碳、氧杂质，降低了薄膜的结晶性。当硒化退火时间由10分钟延长至30分钟后，乙基纤维素的分解较完全，薄膜结晶性得到改善。

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第1章 绪论

1.1 太阳能电池的原理和重要性

1.2 太阳能电池的分类

1.3 太阳能电池产业化的发展概况

1.4 CIGS薄膜太阳能电池吸收层的产业化制备工艺

1.5 纳米油墨技术产业化的研究现状及存在的问题

1.6 本论文的选题依据和主要内容

第2章 CIGS薄膜制备工艺及分析测试方法

2.1 CIGS薄膜的制备工艺

2.3 纳米晶及薄膜的分析测试方法

第3章 CIGS纳米晶的表征及油墨调配工艺的改进

3.1 引言

3.2 CIGS纳米晶的成分及形貌表征

3.3 CIGS纳米油墨调配工艺的改进

3.4 本章小结

第4章 CIGS薄膜涂覆-热处理-退火工艺的改进

4.1 引言

4.2 硒化退火工艺对CIGS薄膜形貌的影响

4.3 CIGS前驱体薄膜涂覆-热处理工艺的改进

4.4 本章小结

第5章 CZTSe纳米油墨及薄膜的制备与表征

5.1 引言

5.2 CZTSe纳米油墨的制备及表征

5.3 CZTSe薄膜的制备及表征

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的论文和专利发表情况