铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层材料研究

摘要

能源短缺和环境污染是21世纪人类面临的重大问题,发展清洁能源取代传统化石能源成为解决这些问题的科学途径之一。水力发电、潮汐、核能和太阳能都是可再生清洁能源,有一定的发展空间。其中,太阳能作为一种不污染环境,又取之不尽的新能源无处不在,这使光伏发电成为新能源利用中重要的组成部分。 当今光伏市场是以晶硅太阳能电池为主,由于硅太阳能电池采用高品质单晶硅作为原料,成本很高。再者,硅太阳能电池使用的硅片厚度约为350微米,对高品质单晶硅使用量明显增加,这也是硅太阳能电池的一个困境。因此,发展低成本、新型薄膜太阳能电池是未来光伏科技的必然趋势。薄膜太阳能电池无论是对原材料的需求,还是制作工艺都比硅太阳能电池成本低。 在薄膜太阳能电池中,目前研究较多的有非晶硅薄膜、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)等薄膜太阳能电池。CIGS薄膜太阳能电池是在玻璃或者其它廉价衬底上沉积6层以上化合物半导体和金属薄膜材料,薄膜总厚度约3～4微米,该电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强,其光电转换效率高,被称为最有前途的廉价太阳能之一。尽管对该电池的研究已有很多,但从大规模商品化和实用化来看,还有许多问题需要解决,其中寻找与CIGS吸收层更加匹配的窗口层材料是实现商业化大规模生产必须完成的。本论文对太阳能电池窗口层材料--硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)的制备方法和工艺做了详细研究,制备出高质量的适合CIGS太阳电池窗口材料,为实现CIGS薄膜太阳电池商品化奠定了基础。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1太阳能电池概况

1.2太阳能电池工作原理

1.3太阳能电池的基本特性

1.3.1短路电流

1.3.2开路电压

1.3.3等效电路

1.3.4输出特性

1.3.5转换效率

1.4影响太阳能电池转换效率的因素

1.4.1禁带宽度

1.4.2温度

1.4.3复合寿命

1.4.4光强

1.4.5掺杂浓度及剖面分布

1.4.6表面复合速率

1.4.7串联电阻

1.4.8金属栅和光反射

1.5铜铟镓硒(GIGS)薄膜太阳电池

1.5.1铜铟镓硒薄膜太阳电池的产生和发展

1.5.2铜铟镓硒薄膜太阳电池结构和制作工艺

1.5.3窗口层材料在太阳能电池中的作用

1.6本论文研究的意义和内容

第二章化学水浴法生长硫化镉薄膜研究

2.1 CdS薄膜的基本特性和应用

2.2化学水浴沉积法简介

2.3化学水浴沉积法成膜原理

2.3.1溶液成核原理

2.3.2CBD法制备硫化镉薄膜的配方

2.3.3CBD法制备硫化镉薄膜的反应机制

2.4硫化镉薄膜的表征

2.4.1薄膜的形貌分析

2.5化学水浴沉积法（CBD）制备硫化镉

2.5.1实验装置

2.5.2CBD法实验过程

2.5.3CBD法成长硫化镉薄膜的相关参数与影响

2.6本章小结

第三章电感耦合等离子磁控溅射制备氧化锌（ZnO）薄膜研究

3.1ZnO的结构和性质

3.2ZnO薄膜的应用

3.3ZnO薄膜用于太阳能电池窗口材料

3.4ZnO薄膜的制备方法

3.5ZnO薄膜在CIGS薄膜太阳能电池中的应用

3.6溅射镀膜

3.6.1概述

3.6.2溅射基本规律

3.6.3磁控溅射镀膜工作原理

3.7电感耦合等离子辅助磁控溅射系统（Inductively Coupled Plasma Magnetron Sputtering System）

3.7.1实验过程

3.7.2工艺参数对ITO薄膜特性的影响

3.8本章小结

第四章论文总结和展望

攻读硕士学位期间发表的论文和专利

参考文献

致谢