干法制备Cu(In0.7Ca0.3)Se2薄膜太阳能电池的研究

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铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Sc2),简写为CIGS是目前比较廉价的薄膜太阳能电池材料之一,因其转换效率高(最高的转换效率已经达到21.5%)、成本低、性能稳定等优点,引起了国内外光伏界的广泛关注。经过近30年的发展,这种电池的产业化依然没有形成一定规模。其主要困难表现传统的方法存在干湿混合,工艺复杂,不能保证大面积样品的均匀性及实验室小样片转化到大面积(300mm×300mm)时对设备和工艺提出了更为苛刻的要求。另外,Cd的污染也是目前主流工艺的弊病。本文所采用的以溅射为主的全干法制备CIGS薄膜太阳能电池从原理上来讲,可以避开现流行工艺中的干湿法混合,工艺繁复,易污染、界面质量低等缺陷,有助于实现电池的规模化生产。   为此本工作利用磁控溅射技术,分别逐层制备了CIGS薄膜太阳能电池各构成膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XKD)、四探针、光伏测试系统分别研究了沉积参数对CIGS薄膜太阳能电池各构成层的结构,电学、光学特性的影响,进一步制备了CIGS太阳能电池器件并对其光电性能进行了研究。研究结果如下:   (1)直流磁控溅射制备CIGS背电极Mo薄膜过程中,低气压,高功率(气压为0.2Pa、溅射功率为148W)制备的薄膜具有较好的表面形貌和导电性能。   (2)用射频溅射ZnS靶材制备CIGS的缓冲层薄膜,溅射气压为0.4Pa、溅射功率为200W时能得到较好的结晶相。   (3)用射频溅射靶材成分为(Zn0)0.98(Al2O2)0.02来制备CIGS的透明导电层(ZAO)薄膜,溅射气压为0.2Pa、溅射功率为255W、退火温度为350℃时制得的薄膜具有良好的C轴择优生长的晶体结构与较好的光电学性能。   (4)利用磁控溅射技术,依据逐层研究Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳能电池的结果,依次制备CIGS电池的钼电极、吸收层、缓冲层、窗口层和上透明电极等。初步研究了器件的Ⅰ-Ⅴ特性和光谱响应。
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