薄膜太阳电池吸收层材料Cu（In，Al）（S，Se）_2的制备及性能研究

【摘要】随着社会科技的高速发展,不可再生能源的枯竭和与之带来的环境问题日渐突出,研究和开发新型可再生环保能源逐渐成为全球性课题。太阳能作为一种辐照面积大,潜在储量长久巨大,清洁、高效的环保能源,受到了国际社会的广泛关注,太阳能电池的制备与研发成为各国政府积极扶持的能源项目。其中,CuInSe2薄膜材料电池以其成本较低,性能稳定和较高的转换效率,成为光伏产业薄膜电池的主流趋势。尽管CuInSe2薄膜太阳能电池表现出了优良性能和良好的应用前景,但是CuInSe2吸收层的能隙相对较低,仅为1.04eV,并非太阳光谱的最佳吸收位置1.4eV-1.5eV,影响了转化效率的提高。研究表明,可以通过同族元素取代来调节其能隙到最佳太阳光谱吸收位置。所以为了降低CuInSe2电池制作和生产成本,调解其禁带宽度,提高其光电性能,本论文采用廉价的同族元素Al和S部分取代CuInSe2中稀缺的In和Se元素,制备Cu(In,A1)(S,Se)2薄膜吸收层材料,并对Cu(In,A1)(S,Se)2薄膜吸收层材料的光电性能进行了研究。本实验利用磁控三靶共溅射工艺成功制备了Cu-In-Al合金预制膜,后用固态源硫硒化法退火处理了预制膜,得到了Cu(In,Al)(S,Se)2薄膜。实验探讨了预制膜的靶材溅射工艺,以及后期硫硒化退火条件对薄膜特性的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱测试(EDAX)、紫外-可见分光光度计(Uv-vis)等测试手段,对薄膜性能进行了测试与分析,以期获得最佳的制备工艺条件。研究结果表明,薄膜的相结构主要依赖于靶的溅射功率以及后期的退火工艺。在Cu靶溅射功率为50W,In靶为30W,CuIn0.7Al0.3靶为50W的共溅射条件下,溅射时间为15min的预制膜经过5000C,20min热处理之后,所得薄膜具有单一的黄铜矿结构,且为贫铜富铟成分,元素的化学计量比也较接近理想化学计量比,其薄膜表面形貌均匀致密,光学带隙(1.44eV)接近太阳能电池最佳带隙宽度,适合作为太阳能电池的吸收层材料。
【作者】邱继芳；
【导师】朱成军；
【作者基本信息】内蒙古大学，物理电子学，2014，硕士
【关键词】太阳电池；CIASSe薄膜；共溅射；硫硒化；

【参考文献】
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