非真空法制备CIGS太阳电池吸收层和缓冲层的研究

摘要

非真空制备CIGS太阳电池因为其成本低、操作简单等优点越来越受到人们关注，已成为研究的热点。制备吸收层中的乙醇溶液涂覆法是非真空制备CIGS太阳电池的一个重要方向，该方法没有使用联氨等有毒的溶剂，整个制备过程环保、安全，但该方法目前的电池效率还较低，具体的反应路径还不明确，需要进一步研究。制备CIGS太阳电池缓冲层是用的CdS薄膜，但是CdS有毒，且禁带宽度窄，因此ZnS无毒、价位低、禁带宽度宽就成为替代CdS的一个研究热点。本论文本着非真空、环保、操作简单为目标研究了CIGS太阳电池乙醇溶液涂覆法制备吸收层和CBD-ZnS制备缓冲层的工艺及反应机理。
　　乙醇溶液涂覆法制备CIGS太阳电池吸收层时，对溶质浓度的变化、退火、硒化等做了考察，通过薄膜成分、结晶状况、热重分析、红外光谱分析等手段进行研究，初步掌握了涂覆工艺及材料损失情况。研究发现作为溶液黏稠剂的乙基纤维素不仅具有粘性，还具有还原特性，能在预制层溶液中就把高价铜离子还原为低价。在试图添加有机溶剂稳定薄膜成分时发现利用柠檬酸能够有效抑制硒化过程中In大量损失的现象，得到了成分合适的CIGS吸收层薄膜。
　　化学水浴法制备ZnS薄膜缓冲层时，对影响薄膜质量的几个方面进行了研究，主要包括各个反应物的浓度、薄膜沉积时间、水浴的温度等。通过对薄膜的表面形貌、厚度、透过率等手段进行分析得到了薄膜质量稳定的制备工艺。然后用电沉积制备的吸收层与CBD-ZnS制备的缓冲层搭配分别在玻璃和不锈钢衬底上得到了转化效率分别为5.07％和2.3％的电池。