CZTSSe薄膜太阳能电池吸收层铜梯度结构构筑及性能研究
发布时间：2021-01-09 15:00
近年来,硫族化合物薄膜太阳能电池因具有生产成本低廉、元素带隙可调和吸光系数高等优势而进入快速发展期。其中最具代表性的Cu（In,Ga）Se2（CIGS）薄膜太阳能电池中铟组分为稀有元素,地壳储量低,不利于器件大面积制造以及长期规模化发展。经元素取代衍生而来的Cu2ZnSn（S,Se）4（CZTSSe）太阳能电池组成元素地壳储量丰度高,已经成为极具发展潜力的新一代光伏器件之一。然而,由于CZTSSe中杂质相的共存以及高浓度的不良缺陷,其最高效率12.62%仍远低于CIGS的23.35%,限制了该器件的进一步发展。为抑制杂质相的产生并提升吸收层电学性能,高效CZTSSe器件多采用Cu/（Zn+Sn）比值为0.7～0.75的Cu-poor结构,该结构能够有效降低器件中有害缺陷及缺陷簇浓度,并能增加有益的浅层受体缺陷铜空位(VCu)浓度。虽然Cu-poor结构解决了许多限制器件效率的问题,但其光电转换效率进一步提升仍然遇到瓶颈,主要是由于（1）准中性区内电荷传输驱动力弱,载流子易在背电极发生复合;（2）硒化...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NREL报道2019年各类太阳能电池最高认证效率图[5]
第一章绪论3较多，p型区域空穴较多，形成的光生电场部分消除势垒电场，从而产生电动势。将pn结两端连接为通路，就会在电动势驱动下产生电流。图1-2太阳能电池工作原理[6]1.2.3太阳能电池分类随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池的种类日新月异。太阳能电池根据所用材料的不同，主要可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等，其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。在世界各国的科研工作者的努力下，各类太阳能电池发展呈现欣欣向荣的良好趋势。(1)硅太阳能电池硅太阳能电池主要可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池：是以高纯度(99.999%)的单晶硅棒为原料的太阳能电池，单晶硅带隙约为1.12eV，是当今开发最多的太阳能电池，在光伏市场中处于绝对的支配地位，几乎占据了目前光伏市场份额的95%以上。器件结构主要包括以下几部分：pn结、正面金属接触层、绒面结构、Al背电尝反面金属接触层和减反层。为了提高晶硅电池的效率，设计具有优异光学和电学增效的电池结构无疑是研发的重点内容。如图1-3所示为当今应用较广泛的PERC(PassivatedEmitterandRearCell)单晶硅电池结构[7]。目前单晶硅太阳能电池光电转换效率已经突破26%，但是由于硅为间接带隙半导体材料，光吸收系数较低，作为吸光层时所需的厚度较大，同时单晶材料纯度要求高、制备条件严苛、能耗高以及成本高等限制了它进一步的发展[8]。
CZTSSe薄膜太阳能电池吸收层铜梯度结构构筑及性能研究4多晶硅太阳能电池：为了降低单晶硅成本和生产能耗，多晶硅太阳能电池应运而生，它具有转换效率高和衰变速率较低等特点[9]。相对于单晶硅，它能够省去提纯的高耗能生产工艺，并具备使用低成本衬底材料制备等优势，这显示了多晶硅太阳能电池具有巨大的发展潜力。多晶硅太阳能电池的制备方法有化学气相沉积法、液相外延法和溅射沉积法。在实验室条件下已经取得了21.2%的光电转换效率，稍低于单晶硅太阳电池，高于非晶硅薄膜电池。然而，多晶硅太阳能电池的使用寿命与单晶硅太阳能电池相比较短，在性价比方面，多晶硅太阳能电池性能还有待提高。非晶硅(a-Si)太阳能电池：相对于单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法，非晶硅太阳能电池工艺简化，它的主要优点是能耗低，价廉质轻，电池转换效率较高，有利于产业化，在弱光条件也能发电，具有巨大的应用前景[10-12]。非晶硅电池一般采用PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition-等离子增强型化学气相沉积)方法使高纯硅烷等气体分解沉积而成的。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前大面积大量生产的硅薄膜太阳能电池的光电转换效率为5%-10.2%。实验室最高可达19.1%。该电池光照后稳定性差，光电转换效率衰减严重，限制了它的进一步推广应用。如果能够提升及解决其光稳定性问题，非晶硅太阳能电池在实际应用方面会取得更大推广。图1-3PERC单晶硅电池结构[7](2)染料敏化太阳能电池染料敏化太阳能电池是以光合作用为原理，采用多孔纳米氧化钛吸附染料充当光阳极，含有金属铂透明导电膜的玻璃板作为阴极。并使用适当的氧化-还原电解质，其中使用最多的是氯化钾溶液。其电池的结构和工作原理如图1-4所示。染料敏化太阳能电
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹. 硅酸盐学报. 2017(11)
[2]薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究[J]. 薛俊明,麦耀华,赵颖,张德坤,韩建超,侯国付,朱锋,张晓丹,耿新华. 太阳能学报. 2005(02)
[3]非晶硅太阳能电池研究现状[J]. 吴建荣,杜丕一,韩高荣,寿瑾晖,张溪文,朱懿. 材料导报. 1999(02)
[4]光生伏特效应[J]. 陈宜生,张立升. 物理通报. 1995(02)
博士论文
[1]钙钛矿太阳能电池的相关物理过程研究[D]. 刘洋.吉林大学 2019
硕士论文
[1]基于界面调控的高效率有机光伏电池研究[D]. 郭学文.华东师范大学 2019
[2]Cu2ZnSn（S,Se）4薄膜太阳电池吸收层的制备及器件优化的研究[D]. 曾旸.深圳大学 2018
[3]大气氛围水相制备(Cu1-xMx)2ZnSn（S,Se）4电池材料[D]. 卢海洋.河南大学 2018
本文编号：2966876
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NREL报道2019年各类太阳能电池最高认证效率图[5]
第一章绪论3较多，p型区域空穴较多，形成的光生电场部分消除势垒电场，从而产生电动势。将pn结两端连接为通路，就会在电动势驱动下产生电流。图1-2太阳能电池工作原理[6]1.2.3太阳能电池分类随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池的种类日新月异。太阳能电池根据所用材料的不同，主要可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等，其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。在世界各国的科研工作者的努力下，各类太阳能电池发展呈现欣欣向荣的良好趋势。(1)硅太阳能电池硅太阳能电池主要可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池：是以高纯度(99.999%)的单晶硅棒为原料的太阳能电池，单晶硅带隙约为1.12eV，是当今开发最多的太阳能电池，在光伏市场中处于绝对的支配地位，几乎占据了目前光伏市场份额的95%以上。器件结构主要包括以下几部分：pn结、正面金属接触层、绒面结构、Al背电尝反面金属接触层和减反层。为了提高晶硅电池的效率，设计具有优异光学和电学增效的电池结构无疑是研发的重点内容。如图1-3所示为当今应用较广泛的PERC(PassivatedEmitterandRearCell)单晶硅电池结构[7]。目前单晶硅太阳能电池光电转换效率已经突破26%，但是由于硅为间接带隙半导体材料，光吸收系数较低，作为吸光层时所需的厚度较大，同时单晶材料纯度要求高、制备条件严苛、能耗高以及成本高等限制了它进一步的发展[8]。
CZTSSe薄膜太阳能电池吸收层铜梯度结构构筑及性能研究4多晶硅太阳能电池：为了降低单晶硅成本和生产能耗，多晶硅太阳能电池应运而生，它具有转换效率高和衰变速率较低等特点[9]。相对于单晶硅，它能够省去提纯的高耗能生产工艺，并具备使用低成本衬底材料制备等优势，这显示了多晶硅太阳能电池具有巨大的发展潜力。多晶硅太阳能电池的制备方法有化学气相沉积法、液相外延法和溅射沉积法。在实验室条件下已经取得了21.2%的光电转换效率，稍低于单晶硅太阳电池，高于非晶硅薄膜电池。然而，多晶硅太阳能电池的使用寿命与单晶硅太阳能电池相比较短，在性价比方面，多晶硅太阳能电池性能还有待提高。非晶硅(a-Si)太阳能电池：相对于单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法，非晶硅太阳能电池工艺简化，它的主要优点是能耗低，价廉质轻，电池转换效率较高，有利于产业化，在弱光条件也能发电，具有巨大的应用前景[10-12]。非晶硅电池一般采用PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition-等离子增强型化学气相沉积)方法使高纯硅烷等气体分解沉积而成的。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前大面积大量生产的硅薄膜太阳能电池的光电转换效率为5%-10.2%。实验室最高可达19.1%。该电池光照后稳定性差，光电转换效率衰减严重，限制了它的进一步推广应用。如果能够提升及解决其光稳定性问题，非晶硅太阳能电池在实际应用方面会取得更大推广。图1-3PERC单晶硅电池结构[7](2)染料敏化太阳能电池染料敏化太阳能电池是以光合作用为原理，采用多孔纳米氧化钛吸附染料充当光阳极，含有金属铂透明导电膜的玻璃板作为阴极。并使用适当的氧化-还原电解质，其中使用最多的是氯化钾溶液。其电池的结构和工作原理如图1-4所示。染料敏化太阳能电
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹. 硅酸盐学报. 2017(11)
[2]薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究[J]. 薛俊明,麦耀华,赵颖,张德坤,韩建超,侯国付,朱锋,张晓丹,耿新华. 太阳能学报. 2005(02)
[3]非晶硅太阳能电池研究现状[J]. 吴建荣,杜丕一,韩高荣,寿瑾晖,张溪文,朱懿. 材料导报. 1999(02)
[4]光生伏特效应[J]. 陈宜生,张立升. 物理通报. 1995(02)
博士论文
[1]钙钛矿太阳能电池的相关物理过程研究[D]. 刘洋.吉林大学 2019
硕士论文
[1]基于界面调控的高效率有机光伏电池研究[D]. 郭学文.华东师范大学 2019
[2]Cu2ZnSn（S,Se）4薄膜太阳电池吸收层的制备及器件优化的研究[D]. 曾旸.深圳大学 2018
[3]大气氛围水相制备(Cu1-xMx)2ZnSn（S,Se）4电池材料[D]. 卢海洋.河南大学 2018
本文编号：2966876
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