铜锑硫（硒）太阳能电池相关材料的制备与研究

发布时间：2017-10-28 00:08

  本文关键词：铜锑硫（硒）太阳能电池相关材料的制备与研究

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【摘要】：铜铟镓硒和碲化镉是目前效率最高的两种薄膜太阳能电池吸收层材料,但是由于铟、碲是稀有元素,成本高,镉元素有毒性等原因,发展得到了限制,因此寻找新的吸收层材料成为了亟待解决的问题。铜锑硫(硒)材料由于其具有合适的禁带宽度、理论光电转换效率高、原材料成本低、无毒无污染等优点受到了一定的关注。此外,铜锑硫(硒)的熔点远低于铜铟镓硒和铜锌锡硫,因此可降低薄膜制备时的衬底温度,有利于降低制造成本和发展聚合物衬底的柔性电池。在本论文的研究工作中,我们成功制备出了薄膜电池器件,其结构为玻璃/Mo/CuSbS2/CdS/i-ZnO/AZO/Ag。本文详细介绍了多源共蒸发法制备CuSbS2薄膜吸收层的原理和方法,第一步是在较低衬底温度下共蒸铜、锑、硫,得到一层富锑的预制膜,第二步是在较高衬底温度下共蒸锑、硫,提高薄膜的结晶性。我们对CuSbS2薄膜的形貌、结构、光学和电学性质分别进行了表征,证明用两步共蒸发的技术路线可得到物相单一、结晶性良好的薄膜。除此之外,我们还运用喷涂热解法制备出了结晶度较好的CuSbS2薄膜,运用多源共蒸发法制备出了Cu3SbSe3薄膜,并对它们进行了结构和形貌上的表征。本文也研究了铜锑硫薄膜电池的其他各层。磁控溅射双层Mo背电极层；射频磁控溅射高阻i-ZnO层,直流磁控溅射低阻AZO层,并对它们进行了形貌、结构及光学特性的表征；采用化学水浴法制备了CdS缓冲层。为了提高铜锑硫(硒)太阳能电池窗口层的热稳定性和化学稳定性,本文采用直流磁控溅射法制备了SnO2:Sb薄膜,并对其进行了形貌、结构、光学、电学特性、成分组成等方面的表征分析,详细研究了在溅射过程中氧气的通量和溅射功率的大小对薄膜性质的影响。
【关键词】：铜锑硫(硒) 薄膜太阳能电池 多源共蒸发 窗口层 磁控溅射
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 引言15-16
• 1.2 太阳能电池的研究背景16-19
• 1.2.1 太阳能电池发展史16-17
• 1.2.2 国内太阳能电池发展史17
• 1.2.3 薄膜太阳能电池的分类17-19
• 1.2.4 课题研究现状19
• 1.3 本论文的主要研究工作及创新点19-21
• 第二章 铜锑硫(硒)薄膜太阳能电池21-29
• 2.1 太阳能电池的工作原理及性能参数21-23
• 2.2 影响太阳能转换效率的因素23
• 2.3 铜锑硫(硒)电池简介23-25
• 2.3.1 铜锑硫(硒)电池的结构23-24
• 2.3.2 实验设计24-25
• 2.3.3 实验设备与材料25
• 2.4 测试与表征技术25-29
• 第三章 铜锑硫(硒)吸收层的相关研究29-42
• 3.1 引言29-30
• 3.2 共蒸发法制备CuSbS_2吸收层30-35
• 3.2.1 制备原理30-31
• 3.2.2 制备过程31-32
• 3.2.3 形貌和成分32-34
• 3.2.4 结构特性34
• 3.2.5 电学、光学特性34-35
• 3.3 喷涂热解法制备CuSbS_2吸收层35-39
• 3.3.1 引言35-36
• 3.3.2 制备过程36-38
• 3.3.3 测试与表征38-39
• 3.4 共蒸发法制备Cu_3SbSe_339-41
• 3.4.1 制备过程39-40
• 3.4.2 结构与形貌表征40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 铜锑硫薄膜太阳能电池器件42-52
• 4.1 衬底的选择与清洗42
• 4.2 背电极的选择与制备42-44
• 4.2.1 背电极的选择42-43
• 4.2.2 钼层的制备43-44
• 4.3 窗口层的选择与制备44-47
• 4.3.1 窗口层的选择44-45
• 4.3.2 本征氧化锌45-46
• 4.3.3 掺铝氧化锌46-47
• 4.4 缓冲层的选择与制备47-50
• 4.4.1 缓冲层的选择47-48
• 4.4.2 硫化镉的制备48-49
• 4.4.3 硫化镉的表征49-50
• 4.5 电池栅线制备50
• 4.6 电池相关参数表征50-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 铜锑硫(硒)电池窗口层的研究52-62
• 5.1 引言52-53
• 5.2 SnO_2:Sb窗口层的制备53
• 5.3 SnO_2:Sb窗口层的表征53-61
• 5.3.1 结构特性53-56
• 5.3.2 形貌特性56-57
• 5.3.3 元素分析57-59
• 5.3.4 电学性质59-60
• 5.3.5 光学性质60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间的论文及成果情况69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 赵志明;丁宇;曹智睿;田亚萍;屈直;张国君;蒋百灵;;CIGS薄膜太阳能电池用Mo背电极的制备与结构性能研究[J];材料导报;2011年12期

2 余东海;王成勇;成晓玲;宋月贤;;磁控溅射镀膜技术的发展[J];真空;2009年02期

3 赵宏娟;;太阳能电池工作原理与种类[J];黑龙江科技信息;2007年17期

4 丁金磊;程晓舫;翟载腾;查s，

本文编号：1105782