关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究.pdf

CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究.pdf

CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究.pdf

上传者: 木花雨 2012-07-05 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含文章编号:!"#$!!!("!!’)!"!!’"!!$()*和()*薄膜太阳电池的研究!孙云"王俊清"杜兆峰"舒保健"于刚"温国忠"周祯华"孙健"李符等。

文章编号:!"#$!!!("!!’)!"!!’"!!$()*和()*薄膜太阳电池的研究!孙云"王俊清"杜兆峰"舒保健"于刚"温国忠"周祯华"孙健"李长健"张丽珠#("$南开大学光电子研究所天津’"#$天津机电工业学校天津"")摘要:采用蒸发硒化方法制备了(型)*(铜铟硒)和)*,(铜铟镓硒)薄膜用蒸发法制备型)(硫化镉)二者组成异质(结太阳电池。经退火处理)*和)*,薄膜太阳电池的效率分别达到$和$"。对制膜过程中衬底的选择背电极的制备)*各元素蒸发控制和镓的掺入等工艺技术问题进行了深入的讨论对电池的退火处理提出了自己的见解。关键词:)*,薄膜太阳电池转换效率中图分类号:"文献标识码:!引言)*是)*#的缩写是一种!!"!#族三元化合物半导体材料。由于它对可见光的吸收系数高达:"<="所以是制作薄膜太阳电池的优良材料。以(型铜铟硒()*#)和型硫化镉())做成的异质结薄膜太阳电池具有低成本高转换效率和近于单晶硅太阳电池的稳定性使其近十年来得到飞速发展。目前>))*结构的薄膜太阳电池效率已达"’$。但是)*的带隙只有"$AB并不是获得太阳电池最佳效率的半导体材料。近年研究将,C替代)*材料中的部分*形成)*"=D,CD#(简称)*,)四元化合物。当!E$时其带隙为"$B由>))*,结构制作的太阳电池有较高的开路电压转换效率也相应地提高了许多。当前薄膜太阳电池效率的最高纪录"$就是这种结构的电池["]。薄膜)*和)*,太阳电池由于其廉价、高效、性能稳定和较强的抗辐射能力而得到各国光伏界的重视成为最有前途的新一代太阳电池。由于)*和)*,薄膜是多元化合物其电池性能对原子配比及晶格匹配不当而产生的结构缺陷过于敏感使高效电池的良品率偏低阻碍产业化的实现。目前有的国家已经解决了这一问题产业化进程正在加快。"年国际光伏市场已有$#F)*电池商品日本GHICGJJKLM公司将于#"年生产)*电池组件#年将实现大批量商业化生产。美国和欧洲的光伏专家也正在对)*和)*,电池工艺的重复性和良品率进行攻关性研究并建立了相应的中试线。本文报道了我们研究制备的"<#面积、效率为$)*电池及效率为$"的)*,薄膜太阳电池并对这两种电池的工艺及有关问题进行讨论。’电池结构和工艺技术,*电池是在玻璃衬底上分别沉积多层薄膜的光伏器件其结构如图"所示制作的工艺参见文献[#]。’,’多晶()*薄膜我们采用蒸发硒化法制备)*,薄膜其设备结构和工艺流程见图#、图。)*,薄膜可看作宽带隙("$’B)的),C#和窄带隙("$AB)的)*#的混溶晶体一般写作)*"=N,CD#其禁带宽度为:"OE["P#QP’#Q$"A#(#=")]B[](")第##卷第#期#"年A月太阳能学报)RRS,*RTS***)BHJ$##H$#UV$#"$收稿日期:#!!#基金项目:天津市自然科学基金资助项目(’"")万方数据图!"#$电池结构图’(!$)*,)*"#$,图"#$蒸发室结构’($)*,)*"#$*)*图"#$工艺流程图’(:,*)"#$),’<理论和实验证明当=>!=>"’!(A时可获得高效率的太阳电池。!"#关键技术讨论!>>!衬底材料的选择衬底材料对膜质量的影响是至关重要的不同的衬底材料上生长薄膜的形貌会有较大的差异而衬底材料中所含的某些微量元素也会影响膜的质量。因此精心选择玻璃衬底是获得高效电池及提高成品率的基础。玻璃衬底内应含低的杂质浓度应具有相对较好的导热性且热膨胀系数稍大于"#$膜这是因为在冷却成膜时受到收缩应力的影响自然会使薄膜更紧密。国外报导所使用的玻璃皆为B玻璃。瑞典皇家工学院和$)))’*)大学的研究人员对以B玻璃和硼硅玻璃作衬底的"#$膜作了比较[C]发现在几个方面都有明显不同:同一高温条件下B玻璃上生长的"#$膜表面较平整晶粒排列紧密取向较清晰晶粒尺寸较大膜的附着性也较好而硼硅玻璃上生长的"#$膜就不太理想晶粒细碎由于与衬底玻璃的膨胀系数差异较大膜的附着力也不如B玻璃上的膜该膜有更多的断裂或缺陷。另外B玻璃中所含的DE对晶粒取向及膜的形成有重要作用。因此可以看出使用B玻璃的优越性。B玻璃又叫钠钙玻璃、碱石灰玻璃或钠石灰玻璃。我国常用的FB玻璃有种牌号为GHF!、GHF!=和GHF!其中GHF!做衬底较佳[A]。!>>背电极I的制备在研究"#$("#$)太阳电池时往往把重点放在吸收层上很少考虑I层的优化只是关心I层的方块电阻。最近体会到I层对"#$("#$)多晶薄膜的成核、生长和晶体结构有着非常重要的作用。在溅射过程中J*压强低膜的附着力不好压强高膜的电阻率高。用溅射双层I的效果比较好即在J*的高压强下溅射大约=>!!然后在低气压下再溅射=>K!。用这种方法制备的I导电层比较符合器件要求。!>>制备"#$和"#$薄膜的蒸发控制K!期孙云等:"#$和"#$薄膜太阳电池的研究万方数据如何控制!"、#$、、’(的蒸发速率和蒸发质量是决定元素配比和晶相结构的关键:!蒸发!"、#$、时选择适当的升温速率及预热时间都可以减少或避免各个元素在衬底上产生结核(或称为瘤)")**以上的衬底温度下单独蒸发!"、#$或’(都会产生反蒸现象导致元素失配。若在高温衬底下蒸发必须在’(气氛中进行或者先在低衬底温度下蒸发!"或#$然后在’(气氛中提高衬底温度(只有成为’(化物时即使衬底温度达到,,*也不会出现反蒸现象)。#!#’和!#’膜形貌和结构受影响最大的因素是!"#$配比接近配比的薄膜除硬度大些外其晶粒大表面平整与有好的附着性与!’衔接的异质结特性也好。成膜后的!"#$比值不仅与!"和#$的原始投入量和蒸发速率(包括’()有关还与衬底加热过程紧密相关。)退火问题我们刚制备出来的!#’电池经测试其暗态!"特性基本是直线开路电压"很低短路电流密度!也很小。退火后器件表现出二极管特性开路电压增长几十倍短路电流也有很大提高。由此表明退火前异质结漏电严重几乎没有结特性而经过空气退火减少了漏电异质结才真正地建立起来不仅有二极管特性而且"和!都得到大幅度的提高。通过测试显示:经过退火的,片电池有片出现!")峰而未经退火的!#’电池却没有!")峰出现。我们认为由于!#’与!’结区内的晶格缺陷及微空洞造成某些金属游离原子产生了短路使结区内漏电严重。而空气退火使这些金属原子被氧化而绝缘减少了漏电使电池性能得到改善。!#’薄膜由于的掺入其结晶状况平整度和致密性都有很大改善因此刚制备出来的!#’电池性能明显好于!#’电池。由此可见注意薄膜材料的致密性是改善结特性的关键之一。!测试结果表"#$和#$太阳电池数据表:<(=>!#’$!#’<(<<电池编号电池种类"AB!ACAD)##$>>E),*!#’FFG,G*,GHGG*)!#’GHGHGF*,IFFG)G*)!#’GHJGF,J*,,FG)**!#’GF*GIJH*,FF)J!电池面积为**A)有效面积为*F*A)图),*号电池!"特性曲线KLMN!""O(>(<<PN),*图,G*)号电池!"特性曲线KLMN,!""O(>(<<PNG*)表和图、图,分别为近来我们研制的!#’和!#’薄膜太阳电池的数据表和!"曲线。’讨论与分析’("填充因子!!电池的填充因子偏低最好的填充因子只有,IIE这是我们所制备的电池主要问题。原因是多方面的其中串联电阻主要来源于层电阻和与!#’的接触电阻后者偏高而漏电使并联电阻下降则主要是!#’和!#’膜质量的问题。在!#’膜沉积过程中元素的沉积与化合同步有序进行其中的微小偏差便会产生!"、#$或的聚积相这些金属集中区称为瘤是典型的短路点。短路点的另一个来源是由于反应室清洁度不够造成膜的针孔在沉积低阻!’后也同样形成短路点。短路H太阳能学报))卷万方数据点的存在大大降低了太阳电池的并联电阻。!"#开路电压!$从测试数据看我们的!"#$太阳电池的开路电压为’(它比!"$电池()*’()高出约*’(。我们将!"$改为!"#$材料的主要目的就是使光吸收层的禁带宽度提高到,(左右。据国外报道这能使电池的开路电压提高)’(。而现在几经努力只提高了不到’(这表明我们制作的!"#$膜中实际的#含量偏低或者说掺入的#(约))真正形成!#$的比例却很小未能达到增加禁带宽度的目的。因此问题的关键是掺入的#如何保证形成宽禁带化合物这是本研究暴露出来的问题也是今后重点研究的理论和技术问题。结论采用蒸发硒化法制备!"$和!"#$薄膜太阳电池其光电转换效率分别为,)和*,)表明#的掺入明显改善了开路电压提高了转换效率。严格控制各元素的蒸发条件保证元素配比提高薄膜材料的致密性是制备电池的关键。同时也表明制备!"#$薄膜时如何将#替代部分"真正形成宽禁带化合物还有许多理论和技术上的问题有待于研究。[参考文献][]季秉厚王万录多晶薄膜与薄膜太阳电池太阳能学报***(特刊):[]李长健朱践知等蒸发硒化法制备!"$!$太阳电池研究太阳能学报**:():*:),[)]<=>ABCDEFG$!HIF!’CJ’$FKCFDJLLMNMMOIMJPDICJ!FFGMDHQCFNDHCDFRMJSMGGLJMIKJMIHLMCJTF*:,[]TJGOJGIMJ’BMCEUJSM=C’CIMCOMCGEJGIFVW!$!("#)$IHCKCF’GJFMDFFGXCIHC’LMJ>LMKJM’D$DHXMIYTNH)M"<<<RHJIJ>JFICD$LZDCFCGIG!JKMDDJCG>CFF**)[!]JCG>CFF:<FDIMJ=>CD$JDCI**):)):,[]李长健王俊清等!"$!$薄膜太阳电池工艺探讨南开大学学报(自然科学版)**)():*’()(*’,)*),)*’()$ST^CS=VHJKS$HUJPC#S#JYHJSVHJVHH$TCC!HSPCVHSCYH(!"#$’()*,))(()#(,#))##($##):,#!##:,)))*(,##<=("#<’$##)),#)*::RIL!"$!"#$IHCKCF’GMKMCDI>LJMICSGFFICJ’IHJGJM‘IL!$NHDJ’LJGHIMJSCIR‘PDICJGJFMDFFGAKIMFCSIHDFFG’KKCDCDCGMDH)*)MGLDIC>ZF!"$QMCDICSIDHJFJSELMJF’GMCGDGGNHJLCCJGJIFCSMSC>CIHCGMICDF<=>$:!"#$IHCKCF’GJFMDFFIMGKJM’CSKKCDCD*期孙云等:!"$和!"#$薄膜太阳电池的研究万方数据CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究作者:孙云王俊清杜兆峰舒保健于刚温国忠周祯华孙健李长健张丽珠SunYunJunqingDuZhaofengShuBaojianYuGangWenGuozhongZhouZhenhuaSunJianLiChangjianZhangLizhu作者单位:孙云,王俊清,杜兆峰,舒保健,于刚,温国忠,周祯华,孙健,李长健,SunYun,Junqing,DuZhaofeng,ShuBaojian,YuGang,WenGuozhong,ZhouZhenhua,SunJian,LiChangjian(南开大学光电子研究所,)张丽珠,ZhangLizhu(天津机电工业学校,)刊名:太阳能学报英文刊名:ACTAENERGIAESOLARISSINICA年卷(期):,()被引用次数:次参考文献(条)李长健朱践知蒸发硒化法制备CISCdS太阳电池研究()季秉厚王万录多晶薄膜与薄膜太阳电池(z)李长健王俊清CISCdS薄膜太阳电池工艺探讨()JonasHodstromMarikaBodegardDimitriHariskoasZnOCdSCu(InGa)SethinfilmsolarcellswithimprovedperformanceSchwartzRJTherdIEEEPhotovoltaicSpecialistsConferenccLouisvilleKYWEDevaneyRAMickelsenWSChenCadmiomSulfidelcopperTernaryHeterojunctionCellResearch引证文献(条)王建军郭玉国万立骏质量比对基于CuInSePHT纳米复合材料光检测器件性能的影响期刊论文高等学校化学学报()黄庆举林继平魏长河姚若河硅太阳能电池的应用研究与进展期刊论文材料开发与应用()梁红莲张颖硒高分子复合微球的微凝胶模板法制备研究期刊论文廊坊师范学院学报(自然科学版)()李丽张贵友陈人杰陈实吴锋太阳能电池及关键材料的研究进展期刊论文化工新型材料()韩东麟张弓庄大明元金石宋军硒源温度对CIGS薄膜结构和形貌的影响期刊论文真空()张治安刘芳洋吕莹赖延清李劼刘业翔电沉积法制备CuInSe薄膜的组成与形貌期刊论文中国有色金属学报()许肖丽韩伟孙克方玲刘迎春卢志超周少雄热处理温度对CuIn薄膜微观结构的影响期刊论文材料热处理学报()张晓科王可解晶莹两步法电化学制备CuInSe太阳能电池吸收层材料期刊论文功能材料与器件学报()刘琪冒国兵万兵敖建平电沉积太阳电池用Cu(In,Ga)Se薄膜期刊论文宇航材料工艺()张谷一硒化预制膜制备CuInSe<,>和Cu(InAl)Se<,>薄膜学位论文硕士汪建军刘金霞太阳能电池及材料研究和发展现状期刊论文浙江万里学院学报()敖建平孙云王晓玲李凤岩何青孙国忠周志强李长健共蒸发三步法制备CIGS薄膜的性质期刊论文半导体学报()王建波娄朝刚张晓兵雷威CdS纳米薄膜的水浴法制备与表征期刊论文真空电子技术()张晓科关勇辉王可解晶莹CISCIGS基黄铜矿系光伏材料研究进展期刊论文稀有金属()郭志球沈辉刘正义闻立时太阳电池研究进展期刊论文材料导报()赵秀玲磷铝吸杂及HIT晶硅太阳电池高转换效率机理研究学位论文硕士敖建平孙国忠夏晓丽太阳电池用CuInSe薄膜的电化学沉积期刊论文电源技术()赵玉文太阳电池新进展期刊论文物理()徐传明四元CuInGaSe薄膜结构的Raman研究学位论文博士张加友龚晓波刘维一薛玉明李凤岩周志强孙云李长健孙钟林金属预置层后硒化法制备的CuInSe薄膜结构特性研究期刊论文太阳能学报()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicaltynxbaspx

用户评论(0)

0/200

精彩专题

上传我的资料

每篇奖励 +2积分

资料评价:

/6
2下载券 下载 加入VIP, 送下载券

意见
反馈

立即扫码关注

爱问共享资料微信公众号

返回
顶部