热处理温度和Na掺杂浓度对CIGS薄膜结构和性能的影响
发布时间：2021-08-21 03:29
近年来薄膜光伏电池发展迅速,黄铜矿类的薄膜材料由于其合适的能带宽度和高的吸收系数成为发展最快的一类。其中,最具代表性的材料是铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池。然而,目前CIGS太阳能电池的最高转换效率离它的理论效率还有相当大的差距。本文先后采用溅射硒化法和四元靶材共溅射法制备CIGS薄膜,并通过调节硒化温度、退火温度、Na的掺杂量获得不同薄膜样品,以从多角度探讨制备参数对薄膜结构和性能的影响。利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）、扫描透射电镜-高角环形暗场显微技术（STEM-HAADF）、X射线能量散射光谱元素面扫描（EDS-mapping）和电流-电压测试（J-V曲线）等多种分析手段,探究了不同制备条件下CIGS薄膜的微观组织结构和性能。主要实验体系及结果为:（1）采用磁控溅射法在钠钙玻璃上沉积CuGa/In/CuGa/In金属预制层,调节后续硒化温度得到一系列CIGS薄膜。此部分工作着重于研究铜铟镓硒/钼（CIGS/Mo）界面特性随硒化温度的变化规律。实验结果表明:400℃硒化的薄膜中CIGS与Mo层之间界面清...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同太阳能电池半导体材料的吸收光谱
的 Miasole 公司研制出有效面积接近 1 m2的太阳能电池，其电池组件的光电效率达到 15.7%[15]。.2.2 CuIn1-xGaxSe2薄膜电池工作原理薄膜太阳能电池的工作原理是建立在 PN 结的光生伏打效应基础上的[23]。 P 型半导体多空穴，N 型半导体多自由电子，如图 1.2 所示。当这两类半导合在一起时，形成 PN 结。在 PN 结区附近，N 型区的电子浓度高于 P 型区，向 P 型侧扩散。同理，P 型的空穴向 N 型扩散。在 P 型区中作为少数载流子的电子，与多数载流子的空穴发生结合而消失，剩下了带有正电荷的离子受主反，在 N 型区作为少数载流子的空穴与多数载流子的电子发生结合而消失。复合结果最终会在 PN 结界面处形成一个没有载流子的区域，即耗尽层，同时尽层中会有正、负电荷剩余，形成由 N 区指向 P 区的内建电场。对 P-N 结接进行光照，由光照生成的电子和空穴对在内建电场的作用下将会发生分离， N 型侧带负电，P 型侧带正电，光电子和光空穴移动形成光生电流，产生光应。
图 1.3 CIGS 太阳能电池 PN 结形成示意图及发电原理[24].2.3 CuIn1-xGaxSe2薄膜电池性能参数通常通过开路电压ocV 、短路电流密度scJ 、填充因子 FF 和电池效率 这些来评价 CIGS 薄膜电池的性能。这些数值是通过电流密度-电压（ J V）测量的。使用二极管方程描述太阳能电池在光照条件下的 J V特性[1,24]：phshAKTsqVRJJRVRJJVJes ()(1)()0(1.1)其中， J 为电流密度，V 为应用的偏压，0J 为饱和时的电流密度， q为电荷，shR 和sR 分别为并联电阻和串联电阻， A为二极管品质因子，k 为玻尔兹量，其数值为 k=1.38×10-23J/K，T 为二极管的热力学温度，即绝对温度（300 KphJ 为光生电流。当少数载流子深入薄膜的平均距离很短，即扩散长度很短时，中存在的电阻接近于理想情况，即 shR ， 0sR 。则二极管方程式可简化为AKTqVRJs ()
本文编号：3354785
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同太阳能电池半导体材料的吸收光谱
的 Miasole 公司研制出有效面积接近 1 m2的太阳能电池，其电池组件的光电效率达到 15.7%[15]。.2.2 CuIn1-xGaxSe2薄膜电池工作原理薄膜太阳能电池的工作原理是建立在 PN 结的光生伏打效应基础上的[23]。 P 型半导体多空穴，N 型半导体多自由电子，如图 1.2 所示。当这两类半导合在一起时，形成 PN 结。在 PN 结区附近，N 型区的电子浓度高于 P 型区，向 P 型侧扩散。同理，P 型的空穴向 N 型扩散。在 P 型区中作为少数载流子的电子，与多数载流子的空穴发生结合而消失，剩下了带有正电荷的离子受主反，在 N 型区作为少数载流子的空穴与多数载流子的电子发生结合而消失。复合结果最终会在 PN 结界面处形成一个没有载流子的区域，即耗尽层，同时尽层中会有正、负电荷剩余，形成由 N 区指向 P 区的内建电场。对 P-N 结接进行光照，由光照生成的电子和空穴对在内建电场的作用下将会发生分离， N 型侧带负电，P 型侧带正电，光电子和光空穴移动形成光生电流，产生光应。
图 1.3 CIGS 太阳能电池 PN 结形成示意图及发电原理[24].2.3 CuIn1-xGaxSe2薄膜电池性能参数通常通过开路电压ocV 、短路电流密度scJ 、填充因子 FF 和电池效率 这些来评价 CIGS 薄膜电池的性能。这些数值是通过电流密度-电压（ J V）测量的。使用二极管方程描述太阳能电池在光照条件下的 J V特性[1,24]：phshAKTsqVRJJRVRJJVJes ()(1)()0(1.1)其中， J 为电流密度，V 为应用的偏压，0J 为饱和时的电流密度， q为电荷，shR 和sR 分别为并联电阻和串联电阻， A为二极管品质因子，k 为玻尔兹量，其数值为 k=1.38×10-23J/K，T 为二极管的热力学温度，即绝对温度（300 KphJ 为光生电流。当少数载流子深入薄膜的平均距离很短，即扩散长度很短时，中存在的电阻接近于理想情况，即 shR ， 0sR 。则二极管方程式可简化为AKTqVRJs ()
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