熱處理溫度和Na摻雜濃度對(duì)CIGS薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響
發(fā)布時(shí)間：2021-08-21 03:29
近年來(lái)薄膜光伏電池發(fā)展迅速,黃銅礦類的薄膜材料由于其合適的能帶寬度和高的吸收系數(shù)成為發(fā)展最快的一類。其中,最具代表性的材料是銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽(yáng)能電池。然而,目前CIGS太陽(yáng)能電池的最高轉(zhuǎn)換效率離它的理論效率還有相當(dāng)大的差距。本文先后采用濺射硒化法和四元靶材共濺射法制備CIGS薄膜,并通過調(diào)節(jié)硒化溫度、退火溫度、Na的摻雜量獲得不同薄膜樣品,以從多角度探討制備參數(shù)對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。利用X射線衍射（XRD）、拉曼光譜（Raman）、掃描電鏡（SEM）、高分辨透射電子顯微鏡（HR-TEM）、掃描透射電鏡-高角環(huán)形暗場(chǎng)顯微技術(shù)（STEM-HAADF）、X射線能量散射光譜元素面掃描（EDS-mapping）和電流-電壓測(cè)試（J-V曲線）等多種分析手段,探究了不同制備條件下CIGS薄膜的微觀組織結(jié)構(gòu)和性能。主要實(shí)驗(yàn)體系及結(jié)果為:（1）采用磁控濺射法在鈉鈣玻璃上沉積CuGa/In/CuGa/In金屬預(yù)制層,調(diào)節(jié)后續(xù)硒化溫度得到一系列CIGS薄膜。此部分工作著重于研究銅銦鎵硒/鉬（CIGS/Mo）界面特性隨硒化溫度的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:400℃硒化的薄膜中CIGS與Mo層之間界面清...
【文章來(lái)源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
不同太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體材料的吸收光譜
的 Miasole 公司研制出有效面積接近 1 m2的太陽(yáng)能電池，其電池組件的光電效率達(dá)到 15.7%[15]。.2.2 CuIn1-xGaxSe2薄膜電池工作原理薄膜太陽(yáng)能電池的工作原理是建立在 PN 結(jié)的光生伏打效應(yīng)基礎(chǔ)上的[23]。 P 型半導(dǎo)體多空穴，N 型半導(dǎo)體多自由電子，如圖 1.2 所示。當(dāng)這兩類半導(dǎo)合在一起時(shí)，形成 PN 結(jié)。在 PN 結(jié)區(qū)附近，N 型區(qū)的電子濃度高于 P 型區(qū)，向 P 型側(cè)擴(kuò)散。同理，P 型的空穴向 N 型擴(kuò)散。在 P 型區(qū)中作為少數(shù)載流子的電子，與多數(shù)載流子的空穴發(fā)生結(jié)合而消失，剩下了帶有正電荷的離子受主反，在 N 型區(qū)作為少數(shù)載流子的空穴與多數(shù)載流子的電子發(fā)生結(jié)合而消失。復(fù)合結(jié)果最終會(huì)在 PN 結(jié)界面處形成一個(gè)沒有載流子的區(qū)域，即耗盡層，同時(shí)盡層中會(huì)有正、負(fù)電荷剩余，形成由 N 區(qū)指向 P 區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)。對(duì) P-N 結(jié)接進(jìn)行光照，由光照生成的電子和空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下將會(huì)發(fā)生分離， N 型側(cè)帶負(fù)電，P 型側(cè)帶正電，光電子和光空穴移動(dòng)形成光生電流，產(chǎn)生光應(yīng)。
圖 1.3 CIGS 太陽(yáng)能電池 PN 結(jié)形成示意圖及發(fā)電原理[24].2.3 CuIn1-xGaxSe2薄膜電池性能參數(shù)通常通過開路電壓ocV 、短路電流密度scJ 、填充因子 FF 和電池效率 這些來(lái)評(píng)價(jià) CIGS 薄膜電池的性能。這些數(shù)值是通過電流密度-電壓（ J V）測(cè)量的。使用二極管方程描述太陽(yáng)能電池在光照條件下的 J V特性[1,24]：phshAKTsqVRJJRVRJJVJes ()(1)()0(1.1)其中， J 為電流密度，V 為應(yīng)用的偏壓，0J 為飽和時(shí)的電流密度， q為電荷，shR 和sR 分別為并聯(lián)電阻和串聯(lián)電阻， A為二極管品質(zhì)因子，k 為玻爾茲量，其數(shù)值為 k=1.38×10-23J/K，T 為二極管的熱力學(xué)溫度，即絕對(duì)溫度（300 KphJ 為光生電流。當(dāng)少數(shù)載流子深入薄膜的平均距離很短，即擴(kuò)散長(zhǎng)度很短時(shí)，中存在的電阻接近于理想情況，即 shR ， 0sR 。則二極管方程式可簡(jiǎn)化為AKTqVRJs ()
本文編號(hào)：3354785
【文章來(lái)源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
不同太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體材料的吸收光譜
的 Miasole 公司研制出有效面積接近 1 m2的太陽(yáng)能電池，其電池組件的光電效率達(dá)到 15.7%[15]。.2.2 CuIn1-xGaxSe2薄膜電池工作原理薄膜太陽(yáng)能電池的工作原理是建立在 PN 結(jié)的光生伏打效應(yīng)基礎(chǔ)上的[23]。 P 型半導(dǎo)體多空穴，N 型半導(dǎo)體多自由電子，如圖 1.2 所示。當(dāng)這兩類半導(dǎo)合在一起時(shí)，形成 PN 結(jié)。在 PN 結(jié)區(qū)附近，N 型區(qū)的電子濃度高于 P 型區(qū)，向 P 型側(cè)擴(kuò)散。同理，P 型的空穴向 N 型擴(kuò)散。在 P 型區(qū)中作為少數(shù)載流子的電子，與多數(shù)載流子的空穴發(fā)生結(jié)合而消失，剩下了帶有正電荷的離子受主反，在 N 型區(qū)作為少數(shù)載流子的空穴與多數(shù)載流子的電子發(fā)生結(jié)合而消失。復(fù)合結(jié)果最終會(huì)在 PN 結(jié)界面處形成一個(gè)沒有載流子的區(qū)域，即耗盡層，同時(shí)盡層中會(huì)有正、負(fù)電荷剩余，形成由 N 區(qū)指向 P 區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)。對(duì) P-N 結(jié)接進(jìn)行光照，由光照生成的電子和空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下將會(huì)發(fā)生分離， N 型側(cè)帶負(fù)電，P 型側(cè)帶正電，光電子和光空穴移動(dòng)形成光生電流，產(chǎn)生光應(yīng)。
圖 1.3 CIGS 太陽(yáng)能電池 PN 結(jié)形成示意圖及發(fā)電原理[24].2.3 CuIn1-xGaxSe2薄膜電池性能參數(shù)通常通過開路電壓ocV 、短路電流密度scJ 、填充因子 FF 和電池效率 這些來(lái)評(píng)價(jià) CIGS 薄膜電池的性能。這些數(shù)值是通過電流密度-電壓（ J V）測(cè)量的。使用二極管方程描述太陽(yáng)能電池在光照條件下的 J V特性[1,24]：phshAKTsqVRJJRVRJJVJes ()(1)()0(1.1)其中， J 為電流密度，V 為應(yīng)用的偏壓，0J 為飽和時(shí)的電流密度， q為電荷，shR 和sR 分別為并聯(lián)電阻和串聯(lián)電阻， A為二極管品質(zhì)因子，k 為玻爾茲量，其數(shù)值為 k=1.38×10-23J/K，T 為二極管的熱力學(xué)溫度，即絕對(duì)溫度（300 KphJ 為光生電流。當(dāng)少數(shù)載流子深入薄膜的平均距離很短，即擴(kuò)散長(zhǎng)度很短時(shí)，中存在的電阻接近于理想情況，即 shR ， 0sR 。則二極管方程式可簡(jiǎn)化為AKTqVRJs ()
本文編號(hào)：3354785
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