Cu(InxGa1-x)Se2和Cu2ZnSn(S-Se)4太陽能電池薄膜的實驗與理論研究.pdf

1、THEoRETICALANDEXPERIMENTALRESEARCHONCu(1n，Gal一、)Se2ANDCu2ZnSn(S／Se)4SOLARCELLTHINFILMSADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNodalUniversitynPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringBv

2、M／ao，mmo￡fSupervisor：PmfFanggaoChugProfTianxingWangApril2012摘要Cu(InxGalx)S匙和Cu2ZnSn(S／Se4太陽能電池是多元化臺物半導(dǎo)體材料中最具代表性的光伏器件，它們具有成本低、性能穩(wěn)定轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點而成為國際光伏界研究的熱點之eCuOn；Gal。)Se2太陽能電池經(jīng)過30多年的發(fā)展，其最高轉(zhuǎn)換效率已達到203％，但這種電池的產(chǎn)業(yè)化依然沒有形成定的規(guī)模，其豐要同難

3、在于吸收層cu(hhG亂mlsq的制各。吸收足的質(zhì)量好壞對整個太陽能電池效率有重要的影啊。出于CIGS薄膜中In和Ga是稀有金屬，相對來說比較昂貴所以人們叉去尋找新的可替代In和Ga的元素。CuzZnSnS4(CZTS)和Cu!ZnSnSe4(CZTSe)目前被認為是很有前景的替代性利料我們先用第一性原理計算了CZTS／Se的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，為進一步實驗提供了理論基礎(chǔ)。為此本文工作豐要分為兩個部分，一是甩磁控濺射多靶共濺射方法制各了

4、CIGS薄膜，利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電予顯嫩鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和原子力顯微鏡(AFM)分別研究了沉積參數(shù)對CIGS薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和成分比例的影響：并探索了CIGS薄膜太陽能電池背電極層、緩沖層和窗口層的工藝條件。二是采用基于密度泛函理論(DFT)框架下廣義梯度近似(GGA)的PBE平面波超軟贗勢方法，優(yōu)化了鋅黃錫礦型銅鋅錫硫(CZTS)和銅鋅錫硒【cZTSe)的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算并系統(tǒng)比較分析了鋅黃錫礦型

5、CZTS和CZTSe的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密鹱、吸收系數(shù)、復(fù)介電函數(shù)、復(fù)折射率、反射率、復(fù)電導(dǎo)率和能量損失函數(shù)。得到的結(jié)果如下：(1)通過共濺射方法制各的CIS吸收層薄膜的牛長質(zhì)量和結(jié)晶性能很大程度上依賴于濺刳和退火溫度。低襯底溫度條件下，沉積到表面上的原子能量較低遷穆能力差不利于晶體生長，隨著溫度的升高，沉積到表面的原子遷移能力增強，抑制r界面夫配錯位的產(chǎn)生提高了薄膜的結(jié)晶度，薄膜的表面形貌也隨溫度的升高變得平整致密。實驗表明在560℃570