论文部分内容阅读
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池因其高效率和高稳定性,是目前最具发展潜力的薄膜太阳能电池技术之一。CIGS吸收层的制备是CIGS太阳能电池研究的核心问题,而制造成本是太阳能电池产业化应用的关键因素。本论文主要针对低成本制备CIGS的工艺方法包括化学溶液后硒化法和磁控溅射后硒化法进行探索,并研究了CIGS薄膜及电池器件性质与工艺参数之间的关系。本论文的主要研究内容和创新点有以下四个方面:(1)本文对不同铜含量的贫硒CIGS薄膜的形貌、拉曼光谱和电学性质进行了分析研究。CIGS薄膜采用磁控溅射后硒化法制备。对贫硒CIGS薄膜电学特性的分析表明,对于不同Cu含量的CIGS薄膜,多数载流子来自于不同的本征缺陷,在Cu含量很低时,CIGS的导电类型还会从p型转变为n型。结合拉曼光谱和电学性质分析,建立了电学性质和Cu含量关系的定性解释,并由此确定了最优的Cu/(Ga+In)范围。由于贫硒CIGS薄膜中Se空位的影响,贫硒CIGS太阳能电池的最优Cu/(Ga+In)范围(0.875~0.925)小于富硒CIGS太阳能电池最优范围(0.8~0.95)。拉曼光谱一种无损测量方法,电阻率的测量也容易进行,所以这些结果可在制备流程的早期阶段用于对电池器件性能的初步估计。(2)本文研究了铜含量变化对CIGS薄膜微结构的影响。CIGS薄膜采用磁控溅射后硒化法在镀Mo钠钙玻璃上制备。对拉曼光谱的分析表明,随着铜含量的上升,CIGS薄膜经历了CH-CIGS和有序缺陷化合物(OVC)混合相、CH-CIGS单相、CH-CIGS和CuxSe混合相三种状态。进一步的分析显示,CIGS薄膜拉曼峰的半高宽随铜含量变化,并在Cu/(Ga+In)=0.9附近时达到最小值,这说明此时CIGS薄膜具有更好的结晶度和更少的无序性。此外还得到了CIGS薄膜拉曼峰半高宽与铜含量的经验关系公式。这些研究表明拉曼光谱可望作为一种无损和快速测量方法,用于对CIGS薄膜晶相和铜含量的初步估计。(3)本文研究了CIGS薄膜的化学溶液法成膜机理,确定了化学溶液法制备CIGS薄膜的可行路径。自行研制了可双温区操控的RTP硒化炉,改进了硒化装置并完善了硒化工艺。制备了原型电池,为低成本CIGS薄膜材料及太阳能电池的研制提供了物理指导和技术途径。(4)自行开发了磁输运测量系统,用于薄膜材料电学参数的测试。磁输运测量系统包含霍尔测量系统和四探针测量仪,实现了自动化测量、分析、数据显示及保存,能够在不同温度、磁场下完成霍尔、电流-电压特性及电阻率的测量。