發(fā)布時(shí)間：2018-11-08 08:09

【摘要】：能源短缺和環(huán)境污染已成為工業(yè)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展面臨的嚴(yán)重問題和挑戰(zhàn),尋求和利用低成本的可再生能源(綠色能源)變得越來越重要。太陽能是一種清潔、豐富的可再生能源,太陽電池是利用光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太陽電池因其高轉(zhuǎn)換效率、突出的穩(wěn)定性和在多個(gè)領(lǐng)域的廣泛的應(yīng)用而日益受到人們的青睞。電池的光電轉(zhuǎn)換效率是衡量電池效率的一個(gè)非常重要的指標(biāo),對CIGS薄膜太陽電池而言,CIGS吸收層的優(yōu)化是提升其電池效率的重要方面,而其它功能層,如TCO層和CdS緩沖層的優(yōu)化同樣有至關(guān)重要的作用。透明導(dǎo)電氧化物(transparent conductive oxide,TCO)材料通常用作CIGS薄膜太陽電池作為窗口層,允許光進(jìn)入太陽電池的同時(shí)提取光電子。氧化銦錫(In2O3:SnO2,ITO)和摻雜ZnO薄膜光電性能優(yōu)異(高透射率和導(dǎo)電性),都是CIGS薄膜太陽電池中重要的窗口層材料。ITO和ZnO:Al(AZO)薄膜通常采用磁控濺射法沉積,此法穩(wěn)定且工藝可控。另一種重要的摻雜ZnO材料即Zn O:B(BZO)薄膜通常采用低壓化學(xué)氣相沉積(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)技術(shù)沉積。通過調(diào)節(jié)LPCVD-BZO沉積的工藝參數(shù)可獲得具有特定表面形貌和良好光電性能的BZO薄膜。上述TCO窗口層在實(shí)現(xiàn)高效率的CIGS薄膜太陽電池過程中發(fā)揮了重要作用,其作用機(jī)理仍需深入研究。CdS薄膜作為CIGS薄膜太陽電池中非常重要的功能層之一已經(jīng)引起了眾多的關(guān)注。高效率的CIGS薄膜太陽電池通常采用化學(xué)浴沉積(chemical bath deposition,CBD)技術(shù)制備的CdS薄膜作為緩沖層。然而,CBD-CdS緩沖層對CIGS薄膜太陽電池的影響迄今尚不清楚。CBD-CdS緩沖層的研究和優(yōu)化將有利于CIGS薄膜太陽電池性能的進(jìn)一步提升。本論文中,系統(tǒng)地研究了不同襯底溫度下沉積的BZO薄膜的材料特性,同時(shí),將BZO薄膜作為窗口層,應(yīng)用在CIGS薄膜太陽電池中,研究了襯底溫度對CIGS薄膜太陽電池的影響。此外,將磁控濺射法制備的ITO薄膜、磁控濺射法制備的AZO薄膜及LPCVD法沉積的BZO薄膜分別作為窗口層,應(yīng)用在CIGS薄膜太陽電池中,比較三種窗口層材料對CIGS薄膜太陽電池性能的影響。結(jié)果表明,隨著襯底溫度的增加,BZO薄膜的沉積速率增加,晶粒生長方向有單一取向生長變?yōu)槎嗳∠蛏L。在襯底溫度為153°C時(shí),BZO薄膜表面呈現(xiàn)金字塔形且晶粒尺寸較大,載流子遷移率較高;同時(shí),載流子濃度相對較高,所以BZO薄膜電阻率最低。在襯底溫度為119°C時(shí),CIGS薄膜太陽電池獲得了11.7%的最高光電轉(zhuǎn)換效率。與AZO和ITO窗口層相比,BZO薄膜在整個(gè)波段范圍,尤其在近紅外區(qū)的光透過率較高,對應(yīng)CIGS薄膜電池的Jsc較高。但是,利用AZO和ITO做窗口層的CIGS薄膜太陽電池的Voc和FF較高,綜合來看,電池效率偏高。采用優(yōu)化的AZO薄膜做窗口層的CIGS薄膜太陽電池獲得了12.2%的最高光電轉(zhuǎn)換效率。利用CBD法,分別采用硫酸鎘和醋酸鎘為鎘源沉積CdS層,并應(yīng)用于CIGS薄膜太陽電池中。當(dāng)使用硫酸鎘作為鎘源時(shí),CdS薄膜沉積速率較慢,CdS顆粒較小,可以更好地覆蓋在CIGS吸收層表面,CIGS薄膜太陽電池的Voc和FF較高,從而,電池效率得以提升。此外,通過調(diào)節(jié)沉積時(shí)間來沉積不同厚度的CdS薄膜。結(jié)果表明,隨著CdS薄膜厚度的增加,CdS的光透過率降低,對應(yīng)CIGS薄膜太陽電池在350 nm到530nm波段范圍內(nèi)的光譜響應(yīng)也隨之減小。但是,隨著CdS厚度的增加,CIGS薄膜太陽電池的Voc和FF顯著增加。在CdS厚度為113 nm時(shí),CIGS薄膜太陽電池獲得了13.5%的最高光電轉(zhuǎn)換效率,CdS緩沖層對CIGS薄膜太陽電池的影響仍需進(jìn)一步研究。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.42

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2317885