發(fā)布時(shí)間：2017-09-16 10:33

  本文關(guān)鍵詞：脈沖激光沉積銅銦鎵硒（CIGS）光滑薄膜及CIGS薄膜的光熱協(xié)同退火

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【摘要】：過去十年,全球光伏發(fā)電總量增長近三十倍,年平均增長率超過40%。至2015年底,銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池效率已經(jīng)高達(dá)21.7%。CIGS薄膜太陽能電池中柔性基底的CIGS薄膜太陽能電池將成為未來CIGS薄膜電池發(fā)展的主流方向,因?yàn)槿嵝曰證IGS薄膜太陽能電池非常利于卷對(duì)卷(roll-to-roll)工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn),同時(shí)便于運(yùn)輸。脈沖激光沉積(PLD)則是一種可以實(shí)現(xiàn)在柔性基底上高效制備CIGS薄膜的方法,同時(shí)PLD在保持多元素化合物的元素配比方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是,不耐高溫的柔性基底的薄膜退火問題就成為柔性薄膜太陽能電池需要處理的困難,另外采用脈沖激光沉積所帶來的薄膜粗糙問題也是需要解決的問題之一。本論文嘗試采用光熱協(xié)同退火,為將來柔性基底太陽能電池的退火做好準(zhǔn)備并采用了擋板法脈沖激光沉積來解決薄膜的粗糙問題。本論文主要分為三部分,具體內(nèi)容如下:第一部分主要是對(duì)比在柔性基底聚酰亞胺(PI)溫度承受范圍(400℃)內(nèi)的不同退火方式的薄膜再生長情況。研究發(fā)現(xiàn):1)當(dāng)僅采用脈沖激光退火時(shí)薄膜表面大顆粒明顯減少,同時(shí)隨著退火激光波長改變也有不同,1064nm波長退火時(shí)表面出現(xiàn)較大粗糙區(qū)域,532nm和355nm退火時(shí)表面出現(xiàn)小范圍的光滑。結(jié)晶率并無顯著的變化。2)當(dāng)只采用400℃退火時(shí),薄膜表面大顆粒并無明顯變化,小尺寸顆粒消失,整體呈現(xiàn)光滑但不平整狀態(tài),同時(shí)薄膜結(jié)晶率提高。3)采用激光和400℃協(xié)同退火時(shí),薄膜表面大顆粒減少且十分光滑,薄膜結(jié)晶率最高。第二部分探索擋板法脈沖激光沉積(SMPLD)光滑薄膜的高效制備及參數(shù),并將SMPLD制備得CIGS光滑薄膜與PLD制備CIGS薄膜進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):1)CIGS光滑薄膜制備效率與基片和擋板之間的距離有關(guān),在實(shí)驗(yàn)距離范圍內(nèi)薄膜制備效率隨著距離增大而增大,但是當(dāng)距離增加特定的值時(shí)光滑薄膜的面積減小。2)CIGS光滑薄膜的制備效率與環(huán)境氣壓密切相關(guān),氣壓過低光滑薄膜制備效率迅速降低,氣壓過高制備效率也顯著下降。3)CIGS光滑薄膜的厚度與沉積時(shí)間成正比,與脈沖激光能量成正相關(guān)。對(duì)比結(jié)果表明,SMPLD方法制備得薄膜效率最高可接近常規(guī)PLD的32%,表面粗糙度下降兩個(gè)數(shù)量級(jí),但結(jié)晶率顯著提高。最后一個(gè)部分采用常規(guī)PLD方法制備了鉬(Mo)電極層,并基于第二部分內(nèi)容的采用SMPLD方法制備了太陽能電池的CIGS層,硫化鎘(CdS)緩沖層以及窗口層ZnO和Al:ZnO薄膜,獲得CIGS單體電池。SEM斷面及XRD表征結(jié)果證明,SMPLD制備薄膜各層分隔明顯,CIGS薄膜內(nèi)部生長致密且接近單晶生長。Mo呈現(xiàn)柱狀生長。電池效率表征結(jié)果為:開路電壓600mV,短路電流11.86mA/cm2,填充因子0.431,光電轉(zhuǎn)換效率為3.03%。
【關(guān)鍵詞】：擋板脈沖激光沉積 薄膜太陽電池 銅銦鎵硒 光熱協(xié)同退火
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM914.42;O484.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 太陽能電池概述10-11
• 1.3 太陽能電池的分類11-14
• 1.4 CIGS薄膜太陽能電池研究現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)14-15
• 1.5 CIGS薄膜太陽能電池的制備方法15-17
• 1.5.1 濺射硒化法16
• 1.5.2 多元共蒸發(fā)法16
• 1.5.3 電沉積法16-17
• 1.5.4 顆粒方法17
• 1.6 CIGS的物理特性17-18
• 1.7 CIGS薄膜太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)18
• 1.8 本論文的組織結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新點(diǎn)18-20
• 第二章 PLD制備CIGS薄膜的原位光熱協(xié)同退火處理20-37
• 2.1 引言20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)及理論模擬21-27
• 2.2.1 微分方程22-24
• 2.2.2 熱場模擬的必要假設(shè)24-25
• 2.2.3 模擬參數(shù)的準(zhǔn)備25-27
• 2.2.4 薄膜表面溫度實(shí)測27
• 2.3 實(shí)測和模擬結(jié)果討論27-30
• 2.4 電子掃描顯微鏡分析30-34
• 2.5 X射線衍射結(jié)果分析34-35
• 2.6 拉曼結(jié)果分析35-36
• 2.7 討論和結(jié)論36-37
• 2.7.1 光熱協(xié)同退火過程討論36
• 2.7.2 結(jié)論36-37
• 第三章 擋板脈沖激光沉（SMPLD）積制備光滑CIGS薄膜37-49
• 3.1 脈沖激光沉積37-39
• 3.2 SMPLD實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)39
• 3.3 參數(shù)選擇與優(yōu)化39-44
• 3.3.1 薄膜厚度與靶基距離關(guān)系39-41
• 3.3.2 薄膜厚度與緩沖氣壓關(guān)系41-42
• 3.3.3 薄膜厚度與單脈沖激光能量關(guān)系42-43
• 3.3.4 薄膜厚度與沉積時(shí)間的關(guān)系43-44
• 3.4 SMPLD制備的CIGS薄膜的表征分析44-48
• 3.4.1 SMPLD制備的CIGS薄膜的厚度分布44-45
• 3.4.2 SMPLD制備的CIGS薄膜的AFM及SEM圖分析45-46
• 3.4.3 SMPLD制備的CIGS薄膜的XRD譜及Raman譜分析46-47
• 3.4.4 SMPLD制備的CIGS薄膜的透過率分析47-48
• 3.5 本章總結(jié)48-49
• 第四章 SMPLD法制備CIGS薄膜太陽能電池49-56
• 4.1 脈沖激光沉積法制備背電極Mo薄膜49-51
• 4.2 SMPLD制備緩沖層CdS薄膜51
• 4.3 SMPLD制備緩沖層CdS、本征iZO層及窗口層AZO薄膜51-52
• 4.4 SMPLD制備的CIGS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)表征52-55
• 4.5 本章總結(jié)55-56
• 第五章 總結(jié)與展望56-59
• 5.1 本論文主要解決的科學(xué)問題56-57
• 5.2 本論文創(chuàng)新點(diǎn)57
• 5.3 本論文主要結(jié)論57-58
• 5.4 本論文中的工作展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 致謝63-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果64

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 郭杏元;許生;曾鵬舉;范垂禎;;CIGS薄膜太陽能電池吸收層制備工藝綜述[J];真空與低溫;2008年03期

2 莊大明,張弓;銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用前景[J];真空;2004年02期

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本文編號(hào)：862523