恒定衬底温度制备双梯度CIGS薄膜太阳电池的研究

摘要

铜铟镓硒薄膜太阳电池是以Cu(In，Ga)Se2半导体薄膜作为吸收层的太阳电池。CIGS属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族四元化合物半导体，其晶体结构为黄铜矿结构。CIGS薄膜太阳电池有5个主要特点，其分别为：禁带宽度在1.02eV～1.69eV的范围连续可调、是一种直接带隙材料、抗辐照能力强、转换效率高、电池衰退少。近几年CIGS薄膜太阳电池得到了迅速的发展，成为国际光伏界的研究热点。目前CIGS薄膜太阳电池的实验室效率已经达到了20.3％。进一步提高转换效率已经不是CIGS太阳能电池唯一需要解决的问题。如何实现产业化，以及如何降低成本，同样是目前有待解决的问题。
　　 共蒸发法工艺的“三步法”是制备高效CIGS薄膜太阳电池的方法之一。但是“三步法”在制备过程中需要改变衬底温度。在产业化生产中，面对大面积的衬底，如何均匀改变衬底温度是一个阻碍产业化发展的问题。如何改进“三步法”，使其在不改变衬底温度的条件下依然获得较高的电池性能是本论文研究的主要内容之一。
　　 论文提出了一种基于“三步法”的改进制备工艺，并且采用本工艺制备的CIGS薄膜太阳电池获得了较高的效率。论文对该工艺装备的CIGS薄膜及电池进行了多方面的讨论，其中包括：铜含量对吸收层形貌、结构以及电池的影响，衬底温度吸收层形貌、结构以及电池的影响，薄CIGS薄膜的结构、形貌以及薄吸收层对CIGS薄膜太阳电池的特性、从理论和实验两个方面讨论了镓梯度对CIGS薄膜太阳电池的影响。
　　 本文讨论了影响CIGS薄膜质量的常见因素在改进工艺中的作用，为共蒸发工艺在产业化的应用打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

第一节 铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池发展概述

第二节 CIGS材料特性

第三节 CIGS薄膜太阳电池的产业化现状及存在的问题

1.3.1 产业化现状

1.3.2 产业化中存在的问题

第四节 本论文选题及结构

第二章 CIGS薄膜的制备工艺以及测试方法

第一节 CIGS薄膜太阳电池的结构模型

第二节 CIGS薄膜的制备工艺

2.2.1 多元共蒸发法制备CIGS吸收层

2.2.2 电沉积法

2.2.3 磁控溅射后硒化法

第三节 常见的CIGS薄膜测试方法

2.3.1 X射线衍射仪(XRD)测试

2.3.2 X射线荧光光谱(XRF)测试

2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)测试

2.3.4 台阶仪(Atomic Profiler)测试

第四节 小结

第三章 铜含量及衬底温度对吸收层的影响

第一节 前言

3.1.1 CIGS薄膜太阳电池吸收层的制备过程

3.1.2 实验条件及工艺参数

第二节 顺序蒸发工艺中影响吸收层薄膜的因素

3.2.1 铜含量对吸收层薄膜质量的影响

3.2.2 衬底温度对吸收层薄膜质量的影响

第三节 小结

第四章 薄CIGS吸收层及太阳电池的特性

第一节 引言

4.1.1 研究意义

4.1.2 薄CIGS薄膜太阳电池的制备

第二节 薄CIGS吸收层及太阳电池的特性

4.2.1 薄CIGS薄膜太阳电池吸收层的结构

4.2.2 薄CIGS薄膜的表面和截面形态

4.2.3 薄CIGS薄膜太阳电池的性能

第三节 小结

第五章 镓梯度对CIGS薄膜太阳电池中影响

第一节 引言

5.1.1 研究的意义

5.1.2 镓梯度

第二节 镓梯度对CIGS薄膜太阳电池的影响

5.2.1 Ga梯度的理论分析

5.2.2 镓梯度对电池性能的影响

第三节 小结

第六章 总结

第一节 结论及创新

第二节 存在的问题及以后工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果