銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的模擬與工藝優(yōu)化.pdf

1、人類對(duì)能源消費(fèi)的不斷增加，傳統(tǒng)化石能源的快速消耗導(dǎo)致環(huán)境惡化加劇，霧霾等惡劣氣候頻發(fā)，嚴(yán)重影響人類的身體健康和生存，尋找可再生清潔能源成為全球共同追求的目標(biāo)。太陽(yáng)能是一種可持續(xù)的清潔能源，受到科學(xué)家的熱衷追捧，而光伏產(chǎn)業(yè)作為無污染的新能源產(chǎn)業(yè)獲得世界各國(guó)青睞而得到廣泛應(yīng)用。
　　以中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)為代表的發(fā)展中國(guó)家，其新能源產(chǎn)業(yè)以前所未有的速度發(fā)展，對(duì)世界新能源產(chǎn)業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)，但是由于發(fā)達(dá)國(guó)家的貿(mào)易“雙反”政策及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)開發(fā)不足導(dǎo)致

2、以晶硅為主的中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)遇冷，而薄膜太陽(yáng)電池卻未受到雙反的限制。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池是一種高效率、超廉價(jià)的薄膜電池，它的研究受到世界各國(guó)研究者的重視，同時(shí)由于CIGS薄膜電池具有其穩(wěn)定性高、可制備柔性電池等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的價(jià)值更高，未來CIGS薄膜電池的產(chǎn)業(yè)將直接占領(lǐng)一部分光伏市場(chǎng)。
　　實(shí)現(xiàn)CIGS薄膜電池的廣泛應(yīng)用必須制備出這種高效率的電池，且同時(shí)降低其制備成本。當(dāng)前CIGS薄膜電池的制備方法主要有濺射后硒化、共蒸發(fā)

3、及非真空印刷等幾種方法，共蒸發(fā)和濺射法制備技術(shù)的價(jià)格較為昂貴，采用非真空法制備CIGS薄膜電池是降低其制備成本的主要路徑，而優(yōu)化CIGS電池的制備工藝是實(shí)現(xiàn)低成本和高效率電池的主要手段，因此本文采用數(shù)值模擬的研究方法和部分工藝優(yōu)化的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電池效率提升和成本的有效降低。
　　本文主要開展三個(gè)方面的研究，一、采用wxAMPS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬進(jìn)行優(yōu)化研究;二、探索采用非真空方法來制備CIGS薄膜材料;三、研究摻Na的Mo薄膜電極特性

4、，研究MoNa電極對(duì)CIGS薄膜電池性能的主要影響，其結(jié)論如下:
　　1、通過采用wxAMPS模擬軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，研究各種不同影響因數(shù)條件包括各層膜厚度、載流子濃度、缺陷濃度、溫度及不同禁帶寬度組合方式等對(duì)CIGS薄膜電池的開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)、填充因子(FF)及效率(Eff)造成的影響。理論上得到的高效率的CIGS薄膜電池最佳的優(yōu)化條件為CIGS厚度3μm，CdS厚度30nm，ZnO厚度100nm，為制備高效

5、率薄膜太陽(yáng)能電池提供了理論基礎(chǔ)。同時(shí)理論研究了超薄CIGS薄膜制備的設(shè)計(jì)，提出制備高效超薄CIGS薄膜電池的可能性。
　　2、采用非真空刮涂法制備CIGS薄膜材料，通過優(yōu)化各種無機(jī)鹽配比，得出一種最佳配比。采用不同空氣氧化退火條件，硫化退火溫度條件及硒化退火條件，研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)CIGS薄膜最佳退火條件選擇為:空氣退火溫度為400℃、硫化溫度為500℃、硒化溫度為500℃。采用通氫熱處理后充分硫化和硒化后可以獲得P-型，結(jié)構(gòu)較完整的C

6、uInGaSe2材料，其遷移率約為23..17 cm2/V·s，空穴濃度約為4.5×1015cm-3，達(dá)到作為CIGS太陽(yáng)電池的吸收層要求
　　3、通過空氣加熱氧化后的金屬氧化物進(jìn)行氫化還原成金屬合金，氫化溫度條件為400℃，氫化時(shí)間為30min，氫化之后金屬合金硒化所形成的CIGS薄膜質(zhì)量得到較大提高，探索低溫等離子氫化，研究表明等離子氫化具有一定程度改善薄膜質(zhì)量的作用。
　　4、對(duì)摻Na鉬薄膜電極進(jìn)行優(yōu)化研究，純MoNa

7、薄膜電極氧化特別嚴(yán)重，電阻率也較大。采用多層Mo/MoNa/Mo薄膜組合方式，制備的MoNa薄膜電極較低電阻率為4.62×10-4Ω·cm，其對(duì)應(yīng)MoNa薄膜厚度為100nm，同時(shí)研究了不同MoNa薄膜厚度對(duì)CIGS薄膜產(chǎn)生影響，一定厚度MoNa薄膜電極對(duì)CIGS薄膜具有質(zhì)量改善作用。
　　5、制備了CdS緩沖層、ZnO窗口層及導(dǎo)電薄膜層ZnO∶Al，并研究了其相關(guān)的特性，表明CdS、ZnO及ZnO∶Al具有較好光學(xué)特性。通過在不