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为了解决能源短缺和环境恶化所带来的危机,作为洁净能源的一种一太阳能的利用是当今社会的主要话题。Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池以效率高、稳定性好(无衰退)等优点,被认为是最有前途的光伏器件之一,而采用电沉积制备CIGS薄膜,降低了成本,提高了原料的利用率,适合大面积工业化产,成为各大研究机构争相研究的热点和焦点。
本论文采用双电极体系,依次在Mo/玻璃衬底上电沉积金属Cu、In和Ga,制备了符合化学计量比的CuIn和CuInGa金属预置层,并采用三电极体系和霍尔槽实验对三种溶液分别进行了研究。对预置层采用了合金化处理,解决了以Cu打底制备CIS/CIGS薄膜与衬底结合力差的问题。对200℃和400℃下合金化结果进行了比较分析,并对这两种温度下合金化后的硒化结果进行了研究,发现在400℃合金化下的薄膜结晶情况要优于200℃合金化下的薄膜,但是200℃合金化下的薄膜表面更加平整。
本论文对从CuCl2、InCl3、GaCl3、H2SeO3组成的酸性水溶液中,一步电沉积的CIGS薄膜,以及金属预置层硒化后的CIS/CIGS薄膜进行了快速热处理(RTP),发现RTP处理能有效的改善薄膜的结晶质量。比较分析了一步电沉积CIGS薄膜RTP处理和普通硒化处理结果,发现RTP处理后的CIGS薄膜质量优于普通硒化后的薄膜,并且不会产生裂纹。对RTP后和普通硒化后的CIGS薄膜进行了物理气相沉积(PVD)来补充少量的In和Ga,得到比例合适的CIGS薄膜并对其进行研究,发现RTP处理可以使原薄膜表面的晶粒在PVD过程中重新结晶并长大。
本论文同时对一步电沉积CIGS薄膜RTP处理后的电池器件和金属预置层后硒化制备的CIS/CIGS及其RTP处理后的电池器件进行了研究。对于一步电沉积CIGS薄膜,经过RTP处理后所制备的电池转化效率达到了8.80％,是国内一步电沉积CIGS薄膜电池的最高转化效率。对于金属预置层后硒化制备的CIS薄膜,经RTP处理后电池转化效率达到了7.58％,CIGS薄膜电池效率达到了8.89％,也是国内同种方法制备的CIS/CIGS薄膜电池的最高水平。