CIGS太阳电池背电极Mo薄膜及缓冲薄膜的制备研究

发布时间：2017-08-05 20:34

  本文关键词：CIGS太阳电池背电极Mo薄膜及缓冲薄膜的制备研究

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【摘要】：CIGS薄膜电池是一种具有发展前景的、经济高效的、可用作光伏发电的太阳能电池。目前,它的电池效率已经达到了21.7%。在改善电池效率的工艺中,背电极Mo薄膜和缓冲层CdS薄膜的制备都起到了非常重要的作用。与其他材料相比,Mo金属具有良好的惰性和较高的导电率,这对于CIGS薄膜电池来说是非常好的背电极材料。而硫化镉属于II VI族半导体材料,禁带宽度是2.45eV,与太阳光分布理想值比较接近同时对可见光具有非常好的透过率,所以常被用来作光伏电池的窗口材料。本文主要探究了CIGS薄膜太阳能电池的背电极Mo层及其缓冲层CdS薄膜制备工艺的优化调整。在Mo薄膜的沉积过程中分别采用了DC溅射模式、RF溅射模式和DC/RF混合溅射模式,在DC溅射模式下可以制备出电阻率比较低的Mo薄膜,而在RF模式下可以制备出反射率比较高的Mo薄膜。通过调整工作气压和溅射功率,Mo薄膜展示了不同的表面形貌和结晶性:在较低的工作气压下可以制备出结晶性较好的Mo薄膜,随着溅射功率的增加,Mo薄膜的结晶性和晶粒尺寸都会增加。本文在DC溅射模式下,溅射功率为300W,工作气压为0.1Pa,衬底不加热时制备出了电阻率为34×10-6Ω·cm的Mo薄膜。为了制备出电阻率低、附着性好、反射率高的Mo薄膜,分别在DC/DC溅射模式和DC/RF溅射模式、DC/DC/DC溅射模式和RF/DC/RF溅射模式下沉积制备了双层Mo薄膜和三层Mo薄膜。所获得的Mo薄膜都显示出了较低的电阻率和较好的附着性,DC/RF溅射模式和RF/DC/RF溅射模式下制备的Mo薄膜反射率会更好。在DC/RF溅射模式下的Mo薄膜的电阻率为67×10-6Ω·cm和RF/DC/RF溅射模式下的Mo薄膜的电阻率为61×10-6Ω·cm。采用化学水浴法制备CdS薄膜,通过正交试验法和对比试验法探究不同工艺条件下CdS薄膜的各项性能,分别探究了氯化铵溶液的浓度、硫脲的浓度、氯化镉溶液的浓度、氨水的用量、水浴温度、水浴时间以及退火条件的变化对CdS薄膜性能的影响。在CdCl2浓度为0.004mol/L时,CdS薄膜的致密度最好,晶粒尺寸比较大,结晶性良好;水浴温度为90℃时,CdS薄膜晶粒尺寸较大,结晶性较好;沉积时间为9~13mins时,沉积方式为离子-离子机制,得到表面平整致密的CdS薄膜;氨水用量为20ml时,薄膜透过率最高达95%,禁带宽度为2.5eV,比较接近CdS薄膜的理论值;经过退火后CdS薄膜的结晶性增加,晶粒尺寸增加,致密度增加,本文的最佳退火条件为350℃,1h时。
【关键词】：CIGS 太阳能电池 Mo薄膜 CdS薄膜
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 太阳能电池12-15
• 1.1.1 太阳能电池的历史12
• 1.1.2 太阳能电池的发展现状12-15
• 1.2 CIGS薄膜电池15-19
• 1.2.1 电池的原理15-16
• 1.2.2 CIGS薄膜电池的结构16-18
• 1.2.3 CIGS 薄膜电池的整体结构18-19
• 1.3 CIGS电池的背电极Mo薄膜19-20
• 1.4 CIGS电池的缓冲层CdS薄膜20-22
• 1.4.1 CdS薄膜的晶型结构20-21
• 1.4.2 CdS薄膜的应用21-22
• 1.5 本文的主要研究内容22-23
• 第二章 磁控溅射法制备单层Mo薄膜23-53
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-27
• 2.2.1 实验药品和实验设备23-24
• 2.2.2 衬底的清洗和单层Mo薄膜的制备24-26
• 2.2.3 测试与表征26-27
• 2.3 结果与讨论27-51
• 2.3.1 溅射方式：直流溅射(DC)和射频溅射(RF)27-33
• 2.3.2 沉积功率不同对薄膜的影响33-39
• 2.3.3 沉积气压不同对薄膜的影响39-46
• 2.3.4 衬底温度不同对薄膜的影响46-51
• 2.4 本章小结51-53
• 第三章 磁控溅射法制备多层Mo薄膜53-65
• 3.1 引言53
• 3.2 实验部分53-55
• 3.2.1 磁控溅射的原理53-55
• 3.2.2 多层Mo薄膜的制备55
• 3.3 结果与讨论55-63
• 3.3.1 双层Mo薄膜的性质55-59
• 3.3.2 三层Mo薄膜的性质59-63
• 3.4 本章小结63-65
• 第四章 化学水浴法制备缓冲层CdS薄膜65-93
• 4.1 引言65
• 4.2 实验部分65-70
• 4.2.1 化学水浴法65-66
• 4.2.2 反应原理66-68
• 4.2.3 实验原料与实验设备68-69
• 4.2.4 CdS薄膜的制备69-70
• 4.2.5 测试与表征70
• 4.3 正交试验结果与讨论70-91
• 4.3.1 正交试验70-72
• 4.3.2 正交试验结果72-75
• 4.3.3 NH4Cl的浓度对CdS薄膜性能的影响75-77
• 4.3.4 SC(NH2)2 的浓度对CdS薄膜性能的影响77-78
• 4.3.5 不同浓度的CdCl2对CdS薄膜性能的影响78-81
• 4.3.6 不同的水浴温度对CdS薄膜性能的影响81-84
• 4.3.7 不同沉积时间对CdS薄膜性能的影响84-86
• 4.3.8 不同的氨水用量对CdS薄膜性能的影响86-88
• 4.3.9 退火条件对CdS薄膜性能的影响88-91
• 4.4 本章小结91-93
• 结论93-95
• 主要研究成果93-94
• 论文创新之处94
• 对未来研究工作的建议94-95
• 参考文献95-100
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果100-101
• 致谢101-102
• 附件102

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本文编号：626877