铜锢镓硒薄膜太阳电池无镉缓冲层ZnS薄膜研究

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Cu(In,Ga)Se2(简称CIGS)薄膜太阳电池是在玻璃或者其它廉价衬底上沉积6层以上化合物半导体和金属薄膜材料,薄膜总厚度约3~4微米。该电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强,其光电转换效率高,被称为最有前途的廉价太阳电池之一。当前CdS薄膜是CIGS薄膜太阳电池缓冲层的主要材料,但是由于其禁带宽度只有2.4eV,在短波区CIGS太阳电池中CdS缓冲层的光吸收损失大,短波区的量子效率降低。另外,在生产过程中含镉废水的排放,以及报废电池中镉的流失会对环境产生污染。因此,CIGS太阳电池的光吸收系数在短波区的提高以及无镉缓冲层CIGS太阳电池的开发成为全球CIGS太阳电池研究的热点。化学水浴法沉积的ZnS薄膜特点与CdS相似,都是具有闪锌矿和纤锌矿两种结构的N型直接带隙半导体,并且CBD法制备的ZnS材料具有比CBD法制备的CdS(2.4eV)更宽的带隙(3.7eV),从而提高了电池的短路电流密度。除此之外,Zn成份价格便宜原料充足而且对人体无害。CIGS太阳电池窗口层ZnO材料与CBD法制备的ZnS类似,更有利于P-N结的形成。因而ZnS成为取代CdS的最佳材料之一。目前效率达到19.6%的无镉CIGS/ZnS电池已有报道,但是ZnS薄膜的制备研究还很少。本论文对太阳能电池缓冲层材料——硫化锌(ZnS)的制备方法和工艺做了详细研究,并对不同实验条件下生成ZnS薄膜的结构、形貌以及光学性能进行了分析,为实现CIGS薄膜太阳电池商品化奠定了一定的基础。与此同时,在CBD制备ZnS薄膜的过程中,制备参数的改变可以实现由ZnS薄膜到ZnO薄膜的转变,从而制备出了形貌不同的ZnO薄膜并对其结构和形貌进行了分析。
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