【摘 要】
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全球能源问题日益严峻,开发和利用新能源是当务之急,因而太阳能电池成为世界各国科研工作者的研究热点。铜铟镓硒（Cu（In,Ga）Se2,CIGS）薄膜太阳能电池因其具有光电转换效率高、稳定性好和可在柔性基底上制备等优点,成为一种有望实现商业化的低成本薄膜太阳能电池。通过溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池,可以减少昂贵真空设备的使用,提高原料利用率,从而降低生产成本,有望克服限制其大规模应用的成本问题。
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全球能源问题日益严峻,开发和利用新能源是当务之急,因而太阳能电池成为世界各国科研工作者的研究热点。铜铟镓硒（Cu（In,Ga）Se2,CIGS）薄膜太阳能电池因其具有光电转换效率高、稳定性好和可在柔性基底上制备等优点,成为一种有望实现商业化的低成本薄膜太阳能电池。通过溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池,可以减少昂贵真空设备的使用,提高原料利用率,从而降低生产成本,有望克服限制其大规模应用的成本问题。溶剂的选择需要考虑其是否廉价易得以及是否对人体和环境有害,显然水是最理想的溶剂。本论文以水为溶剂、铜铟镓氯化物和硫脲（TU）为前驱体化合物配制分子前驱体溶液,系统研究了不同前驱体化合物、Ga/（Ga+In）的比例和硒化条件对电池性能的影响,研究了在前驱体溶液中进行KCl掺杂对水溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池的影响机制,获得了效率为9.37%的K掺杂CIGS薄膜太阳能电池。具体研究内容及结论如下:（1）水溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池。研究了前驱体化合物、Ga/（Ga+In）的比例和硒化条件对电池性能的影响,在以铜铟镓氯化物和TU为前驱体化合物,Ga/（Ga+In）投料比为0.40,使用0.39 g硒粒、硒化20 min条件下制备的CIGS薄膜太阳能电池性能最佳,获得了8.58%的光电转换效率。（2）K掺杂对水溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池的影响。XPS结果表明掺K的CIGS薄膜在硒化过程中形成了低熔点的K-In-Se相,该物质在晶粒生长的过程中起到助熔剂的作用,并充当储硒库为CIGS晶粒的生长提供硒。与未掺杂CIGS薄膜相比,K掺杂的薄膜晶粒尺寸更大,薄膜更致密。高带隙K-In-Se相和较高的Ga含量相结合使K掺杂的CIGS带隙增加。K掺杂还可以降低乌尔巴赫能量,抑制带尾态,提高开路电压和填充因子,最终使K掺杂CIGS薄膜太阳能电池的效率提高了33.1%,达到9.37%。本论文研究了前驱体化合物、Ga/（Ga+In）的比例和硒化条件对CIGS薄膜太阳能电池性能的影响,通过K掺杂提高了CIGS电池的光电性能,揭示了K掺杂对水溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池的影响机制,为CIGS薄膜太阳能电池非真空法的商业化应用提供了新思路。
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