金属预制层对铜铟镓硒薄膜性能的影响及硒化工艺的研究

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21世纪,随着传统化石能源即将面临枯竭,能源危机和环境污染问题将愈发严重,寻找可替代的再生新能源成为全球各国不得不面临的重要问题。与此同时,随着技术的进步,铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池以其高转换效率、高稳定性和成本低廉(相对其它太阳能电池而言)引起政府管理者们的广泛关注。但是CIGS薄膜太阳能电池要实现大规模产业化,取代传统化石能源,还急需解决一些关键性技术问题。本论文着重就真空溅射后固态源硒化法制备CIGS薄膜太阳能电池工艺中存在的一些问题,系统地进行了一些有意义的探索,如Cu-In-Ga金属预制层对硒化后CIGS薄膜性能的影响和Cu2-xSe相生成问题等。因此,本论文着重从以下两个方面的问题来加以分析讨论。   首先,我们深入系统地研究了Cu-In-Ga金属预制层对硒化后CIGS薄膜性能的影响。通过对不同实验参数制备出来的Cu-In-Ga金属预制层的进行XRD和扫描电子显微镜分析,我们探讨分析了Cu-In-Ga金属预制层可能的成相过程,以及对Cu-In-Ga金属预制层形貌的影响。然后通过固态源硒化Cu-In-Ga金属预制层制备出CIGS薄膜,研究它们的表面形貌和相结构,来进一步地分析Cu-In-Ga金属预制层的成相机理。最后,总结出了我们实验室制备Cu-In-Ga金属预制层的最佳溅射参数。   其次,为了在硒化过程中,遏制硒化铜(Cu2-xSe)相的形成,避免后续氰化钾处理带来的相关人员安全和环境保护问题,本论文全面地研究了硒化工艺。实验中,我们改变升温速率、硒化时间、衬底温度和硒源温度.通过表面和断面SEM以及拉曼光谱(Raman)分析,我们推断出了金属预制层固态硒源硒化法制备CIGS薄膜可能涉及的反应机理。并在此基础上,我们对固态源硒化工艺进行了优化。最终我们获得了样品表面无明显Cu2-xSe相的CIGS薄膜。   最后,在前期研究分析的基础上,我制备出了完整的CIGS薄膜太阳能电池器件,标准太阳能光谱下I-V曲线测试显示3.59%的光电转换效率被获得。
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