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铜铟硒(CulnSe2,简写CIS)薄膜太阳能电池以其吸收层的吸收系数高、运行稳定、转换效率高、成本低、弱光性能好等优点引起国际光伏界的广泛关注。本文主要从低成本的角度出发,研究CIS薄膜太阳能电池中的关键吸收层——CIS薄膜的非真空制备工艺,以期为CIS薄膜太阳能电池的大规模商业化生产做出一些贡献。论文主要分为两个部分,具体内容如下:
第一部分主要包括利用CuO和In2O3混合氧化物作为前驱体,通过非真空工艺制备高质量CIS薄膜。本研究利用柠檬酸法制备出分散性好粒径大小在100nm左右的CuO、In2O3混合氧化物粉体,然后通过非真空法制备出CIS薄膜。为了得到非常致密的大结晶颗粒CIS薄膜,采用了一些特殊的处理方式,比如:我们通过柠檬酸法制备混合氧化物粉体,这对于粉体的均匀混合、粉体粒径的控制都是有利的;在浆料中加入的大大过量的Se,使得整个热处理的过程都处于非化学平衡的状态,以达到促进In2O3还原的目的,这样就更容易得到纯相,更容易使薄膜致密。同时,出于环境的考虑,在硒化的过程中使用的固态硒源来取代剧毒的H2Se气体。在研究过程中,考察了多个参数对于最后CIS薄膜的影响,包括:还原时间对样品中氧含量的影响、硒化时间、硒化时Se的蒸汽压对CIS薄膜的成相情况及形貌方面的影响等等。最终,找到了最佳的工艺参数,能够得到非常致密的大晶粒CIS薄膜。另外一方面,这项工作还存在一些不足之处,最关键的问题在于成膜工艺方面,薄膜的平整度比较差,这会成为后期制作CIS薄膜太阳能电池的一个障碍,因为平整度差会影响后续薄膜的沉积,会影响PN结的性能,增加电池短路的几率等等。
第二部分主要包括以Cu2ln2O5为前驱体通过非真空法制备CIS薄膜。通过共沉淀法制备CuO和In(OH)3混合粉体,然后经过热分析决定固相反应温度,通过固相反应得到Cu2ln2O5。通过调制浆料和旋涂工艺得到Cu2ln2O5前驱体薄膜,之后通过还原得到Cu-In合金薄膜。然后考察了硒化条件对薄膜质量的影响,得到了质量比较好的CIS薄膜。