CuInS2因其高吸收系數(shù)(105cm-1)和與太陽(yáng)光譜匹配的禁帶寬度(1.53eV)成為一種理想的薄膜太陽(yáng)能電池吸收層材料。然而,目前實(shí)驗(yàn)室中CuInS2薄膜電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率(13%)遠(yuǎn)低于理論效率28.6%和同體系Cu(In, Ga)Se2電池的最高效率20.8%。解決CuInS2薄膜電池低轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題主要途徑有：a)深入研究吸收層的光電性質(zhì)、缺陷等對(duì)電池性能的影響機(jī)理；b)通過(guò)優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升電池轉(zhuǎn)換效率。因此,通過(guò)理論擬合來(lái)研究組成電池的各層材料的性質(zhì)參數(shù)對(duì)電池性能的影響,從而實(shí)現(xiàn)電池組成材料的優(yōu)選和電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,兼具重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。 本論文運(yùn)用AMPS-1D軟件模擬研究CuInS2薄膜電池,模擬中涉及到的吸收層CuInS2和透明導(dǎo)電層ZnO:Al的吸收系數(shù)由激光脈沖沉積PLD法制備的薄膜通過(guò)透射光譜測(cè)試得到。 首先,我們模擬了具有典型結(jié)構(gòu)(Al/ZnO:Al/CdS/CuInS2/Mo)的CuInS2薄膜電池中CuInS2禁帶寬度、厚度以及CdS厚度對(duì)電池性能的影響。模擬結(jié)果表明：理想的吸收層CuInS2厚度和禁帶寬度分別為～2000nm和～1.40eV,緩沖層CdS理想厚度為40-50nm。所得電池的最優(yōu)性能參數(shù)為：Eff=21.3%、Voc=0.97V、Jsc=26.4mA/cm2和FF=0.83。 其次,我們進(jìn)一步優(yōu)化所模擬的電池結(jié)構(gòu),以寬禁帶、無(wú)毒的Zn(O,S)替換窄禁帶、有毒的CdS作為緩層,并且在CuInS2/Zn(O,S)界面插入了一層很薄的界面層來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)制備的薄膜在CuInS2/Zn(O,S)界面處所存在的界面缺陷。我們系統(tǒng)研究了吸收層、緩沖層以及界面層的相對(duì)介電常數(shù)、缺陷濃度、自由施主濃度和背電極勢(shì)壘高度等等對(duì)電池性能的影響。結(jié)果表明,電池各層材料的理想?yún)?shù)分別為：緩沖層Zn(O,S)厚度為50nn3,電子遷移率μn5cm2/V-s,摻雜濃度Nd1018cm-3;吸收層CuInS2禁帶寬度～1.4eV,厚度～2000nm,相對(duì)介電常數(shù)(EPS)12,晶體缺陷濃度5×1015cm-3,電子遷移率μn70cm2/V·s Mo背電極層與吸收層CuInS2的理想界面接觸勢(shì)壘應(yīng)小于0.24eV。 最后,我們模擬研究了以Zn(O,S)為緩層的CuInS2薄膜電池的價(jià)帶、導(dǎo)帶補(bǔ)償對(duì)電池性能的影響,并且模擬研究了以不同硫含量Zn(O,S)為緩層的CuInS2薄膜電池性能,還設(shè)計(jì)了一種以梯度Zn(O,S)(graded-Zn(O,S))為緩層的CuInS2薄膜電池,并且模擬計(jì)算了其性能。研究結(jié)果表明：對(duì)于以Zn(O,S)為緩沖層的高效率CuInS2薄膜電池的能帶結(jié)構(gòu)要求：|△Ecba|0.2eV且|△Ecwb|0.4eV:硫含量x為0.57時(shí),以單層Zn(O,S)為緩沖層的CuInS2薄膜電池最佳性能為：Eff=14.6%、Jsc=23.2mA/cm2、FF=0.68、Voc=0.93V。以多層graded-Zn(O,S)為緩沖層的CuInS2薄膜電池的最高模擬光電轉(zhuǎn)換效率Eff=20.8%,且具有很高的填充因子FF=0.86。 本文的模擬結(jié)果將對(duì)CuInS2薄膜電池的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究起到指導(dǎo)作用。所提出的以多層graded-Zn(O,S)為緩沖層的CuInS2薄膜電池相比傳統(tǒng)電池不僅具有環(huán)保優(yōu)勢(shì),而且具有很高的光電轉(zhuǎn)換效率。
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.42

【參考文獻(xiàn)】

 

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1 任丙彥;張燕;郭貝;張兵;李洪源;許穎;王文靜;;N型單晶硅襯底上非晶硅/單晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池計(jì)算機(jī)模擬[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2008年09期

2 蘇孫慶;;多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展[J];技術(shù)物理教學(xué);2007年02期

本文編號(hào)：1841347