随着社会经济的快速发展,对能源资源的使用和需求持续增加,日益凸显的能源短缺和传统资源大量使用造成的环境恶化问题已成为制约人类社会可持续发展的主要矛盾,寻求并大力发展清洁的可再生能源迫在眉睫。太阳能以其洁净环保、可再生等优点受到全世界的关注和大力推广。在各种太阳能电池中,薄膜太阳能电池具有成本低、可规模化生产和可制作成多结串联式电池组件等优点而备受关注。在所有种类的薄膜太阳能电池中,铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池具有污染小、弱光性好、效率高和不衰退的特点,成为最具有实际应用前景的一类薄膜太阳能电池。吸收层承担着器件对太阳光的吸收和利用,其性能的好坏直接决定着器件最终的光电转换效率。CIGS吸收层的真空制备方法主要有共蒸发法和磁控溅射法等。其中,磁控溅射法具有设备相对简单、重复性高、元素比例易于调控和可以实现高速、连续大面积生产的优点,可以更好的满足工业化生产的需要。在磁控溅射法制备CIGS吸收层的过程中,通常采用溅射金属预制层后硒化的技术方案,这种制备方案具有成品率高和材料损耗小的特点,更符合产业化生产的要求。尽管磁控溅射法制备CIGS太阳能电池的研究已经取得了令人瞩目的成果,但就目前的研究现状而言,其最高效率和共蒸发法所制备的器件效率仍存在一定的差距。通过详尽的文献调研和深入的对比分析,可以发现基于磁控溅射法制备的CIGS器件其开路电压相对偏低,是其最终光电转换效率较低的关键因素之一。在磁控溅射法溅射金属预制层后硒化的技术方案中,涉及到过程及其复杂的高温硒化过程。在此过程中控制稳定均匀合金相的形成、保持硒蒸气压的恒定以及合适的升温速率都直接影响和决定着CIGS吸收层的结晶质量、成分的均匀分布以及杂相、缺陷态的生成。这些因素都会对吸收层的带隙产生至关重要的影响,从而影响CIGS器件最终的开路电压。为解决上述问题,本研究论文首先采用磁控溅射法沉积Cu/In/Ga金属预制层,通过后硒化处理制备CIGS吸收层。归纳磁控溅射功率和硒粉用量对器件结构和性能的影响规律;在溅射过程中引入Ag掺杂实现CIGS吸收层结晶质量和带隙的调控,并详细探究了Ag掺入到CIGS不同位置对器件性能的影响机制;在成功实现Ag掺杂的基础上,为进一步提升CIGS吸收层的带隙,开展了Ag-S共掺杂对CIGS吸收层带隙的影响研究,成功实现了CIGS吸收层结晶质量的提高和带隙的优化。本论文具体的研究内容和主要结果如下:1、基于磁控溅射后硒化法制备高性能的CIGS吸收层。本部分研究工作主要探索磁控溅射功率和硒粉用量对CIGS吸收层的影响因素。研究表明:磁控溅射的功率对CIGS吸收层的薄膜质量有着重要的影响,直接决定着吸收层薄膜的质量。当磁控溅射的功率为50 W时,器件获得5.8%的光电转换效率。为进一步改善吸收层的结晶性,研究不同硒粉用量对吸收层性能的影响。结果显示,当磁控溅射的功率为50 W、硒粉用量为140 mg时,吸收层具有较好的光学性能和良好的结晶质量,构筑的电池获得7.54%的光电转换效率。2、银掺杂对CIGS吸收层带隙的调控机制。本章研究工作在溅射过程中引入Ag掺杂实现CIGS吸收层结晶质量和带隙的调控,分别在铜铟镓预制层的顶部、中间和底部溅射一层银,详细探究了Ag掺入到CIGS不同位置对器件性能的影响机制。探究其对CIGS吸收层晶体结构、表面形貌、化学成分和光学带隙的影响规律。研究表明:Ag掺杂可以有效地调控CIGS吸收层的带隙,所有掺银的吸收层的禁带宽度提高到1 eV以上。而银掺杂在预制层底部时,可以提升吸收层的结晶质量,并获得10.2%的器件效率,这主要得益于开路电压的提高和CIGS吸收层结晶质量的改善。3、Ag-S共掺在CIGS吸收层中起作用的机理。本章工作首先研究硫硒化对CIGS吸收层带隙的影响。探究不同S/(S+Se)含量对吸收层质量的影响,并对其晶体结构和光吸收特性进行分析。结果显示硫硒化后吸收层的带隙均提高到1.2 eV以上。当S/(S+Se)为40%时,器件开压提高到500 mV,获得10.56%的光电转换效率,但短路电流密度却逐渐减小。为解决此问题,在S/(S+Se)为40%的基础上提出Ag-S共掺制备吸收层的方案,并对结果进行分析。发现共掺杂制备的吸收层具有良好的结晶性和宽带隙的特点。基于该吸收层的器件,开路电压可提高到540 mV,短路电流密度提高到36.68 mA/cm~2,效率提升到13.01%。