柔性CIGS太阳电池的性能研究与仿真建模

摘要

CIGS（Copper indium gallium selenide）薄膜太阳电池，是目前转换效率最高的薄膜太阳电池技术之一，代表了当前最有前景的薄膜太阳电池技术。柔性衬底上CIGS薄膜太阳电池在商用、民用和军用等方面有着更广泛的应用市场，对柔性CIGS薄膜太阳电池性能的提升成为了研究者关注的焦点。本文采用碱金属掺杂和改善背接触性能两种提升电池性能的方法，通过仿真建模和实验分析相结合的研究手段，研究了基于聚酰亚胺衬底上的CIGS薄膜太阳电池的性能。 第一部分建立了缺陷钝化模型，计算分析认为对OVC（Ordered Vacancy Compound）层和吸收层表层进行钝化对CIGS薄膜太阳电池性能的提升起到主要作用，为了保证电池性能，应该使钝化区长度大于空间电荷区长度。单从缺陷钝化模型角度考虑，相同制备条件下采用后掺杂Na的效果要优于前掺杂Na。采用不同碱金属掺杂方式制备了样品，发现碱金属的加入会从生长动力学方面影响CIGS薄膜的质量，不论采用哪种掺杂方式，这验证了碱金属的缺陷钝化作用对电池性能的改善。 第二部分建立了背接触模型，对CIGS吸收层与背接触层Mo之间的p型MoSe2界面层进行了仿真分析，Mo/MoSe2为肖特基型接触，MoSe2/CIGS为欧姆接触，MoSe2界面层在背接触Mo和吸收层CIGS之间形成了准欧姆接触，说明了生成MoSe2层对提升背接触性能的重要性。增加Mo的溅射功率会提升Mo表面的密度，从而增加MoSe2层的厚度。在前掺杂Na的处理方式下，会生成Na2Sex抑制MoSe2层生成，降低背接触性能。前掺杂Na使得吸收层底部晶粒更细碎以及对MoSe2层得抑制作用，都是导致前掺杂Na样品性能较低的原因。 本文制备的样品效率最高为11.05%，采用后掺杂Na和K处理，生成MoSe2层厚度约为110nm。

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