基于溶液法制程的CIGS薄膜太阳能电池的研究

摘要

铜铟镓硒（CIGS）材料具有转换效率高，稳定性能好，抗干扰、抗辐射等诸多优点，受到国内外光伏研究工作者的长期关注。本课题针对目前CIGS薄膜太阳能电池研究中关键材料即 CIGS吸收层和 ZnS缓冲层材料进行研究，旨在探索大面积、高质量CIGS和ZnS薄膜制备工艺路线，为CIGS薄膜电池器件的开发奠定基础。Ga元素在CIGS晶体中只是替代In元素的位置，起到调节CIS系化合物的禁带宽度的作用，可以在研究成熟CIS系化合物之后再加入Ga元素进行讨论，因此本课题主要研究CIS系化合物材料薄膜太阳能电池。　　本课题是以突破非真空法制作 CIS膜层需要硫化或硒化的技术瓶颈，结合纳米材料具有的独特性能为出发点；选择基于溶液法合成CIS纳米晶制作CIS薄膜太阳能电池的方式。本课题主要按以下四个步骤开展研发工作：　　(1)基于溶液法合成CIS纳米晶，研究各种不同方法下合成的CIS纳米材料的区别；本课题已成功采用Schlenk line及微波加热法合成出不同颗粒尺寸的CIS纳米晶材料，并实现对CIS纳米晶颗粒尺寸在2～10nm间可调。　　(2) CIS吸收膜层制备方法研究。本课题采用旋涂法制作CIS预制膜层，经过500℃下优化热处理重结晶，获得致密的 CIS膜层，详细探索分散剂和优化热处理条件对CIS吸收膜层的影响。　　(3) N型材料膜层的制备研究。为结合P型膜层制作光电器件，本课题对N型材料膜层制备工艺进行探索，成功使用化学水浴法制备出均匀致密的ZnS膜层。　　(4) CIS纳米材料的光电性能的初步研究。为验证溶液法合成的CIS纳米材料制作的 CIS吸收膜层具有光电性能，在本实验中我们采取简便的方式验证。将 P型CIS膜层与N型材料膜层直接物理性接触，制作出简单的PN结光电器件，在模拟太阳光测试条件下能检测到了开路电压和短路电流，由此可以初步证明合成的CIS纳米材料具备光电性能。　　本论文研究了 CIS纳米晶体的合成技术、并探讨了相应薄膜的制备工艺，初步研究了其在太阳能电池中的光电性能。该方面的研究可以为CIGS薄膜电池器件的开发奠定基础。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究的目的及意义

1.3 课题研究的主要内容

第二章 实验所用试剂及设备

2.1 试剂与仪器

2.2 材料的测试表征设备

第三章 CIS材料的合成

3.1 油胺作为载体溶剂合成CIS纳米材料

3.2 丁胺作为溶剂载体合成CIS材料

3.3 水作为载体溶液合成CIS纳米及Se纳米晶

3.4 本章小结

第四章 CIS膜层的制作工艺研究

4.1 膜层制作工艺的研究

4.2 对CIS纳米材料分散剂的研究

4.3 CIS膜层的制作

4.4 热处理条件对膜层的影响

4.5 本章小结

第五章 N型材料膜层的制作及器件的测试

5.1 ZnS缓冲膜层的制备

5.2 TiO2膜层的制备

5.3 CIS材料光电性能的测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结及结果讨论

6.2 存在的问题及对未来的展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果