铜铟镓硒太阳能电池非真空法制备及其性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cheney0105
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随着传统能源的开采与利用,大量不可再生资源被消耗,地球中资源渐渐匮乏,人们开始投注于可持续发展能源。铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池作为第二代薄膜太阳能电池拥有着光吸收率高、不存在光致衰弱、直接带隙等优点,满足日常、工业等各类需求。不仅如此,CIGS太阳能电池中吸收层只需微米级即可光致发电,整块太阳能电池厚度小于1 mm;且能够适用于广泛的柔性表面,应用于各类特殊地形。但CIGS太阳能电池发展至今依然存在一定的问题,制备过程需全真空、复杂的元素控比、大面积生产成本高等。为解决上述问题,本文利用简单的非真空工艺制备CIGS吸收层,组装成太阳能电池以解决生产与制备中的成本高,元素控比难等问题,主要工作如下。一、液相法制备CIGS太阳能电池本研究以氯化铜、氯化镓、硫酸铟等作为金属盐溶解于乙二醇甲醚,以三乙醇胺作为络合还原剂,二氧化硒为硒源,利用液相法制备CIGS前驱体,经退火等处理得到CIGS吸收层薄膜,以组装的CIGS简单太阳能电池光电转化效率为依据对CIGS薄膜进行单因素优化,确定最优配方及工艺条件:5.0 mmol·L-1氯化铜、3.0 mmol·L-1氯化镓、3.5 mmol·L-1硫酸铟、20 mmol·L-1二氧化硒、300μL·L-1三乙醇胺、退火温度为500℃,并通过电化学等测试对CIGS吸收层的形成及工作机理进行研究。二、油墨法制备柔性CIGS吸收层以非真空手段制备CIGS晶体,经球磨处理后得到CIGS粉末,以N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺等作为溶剂,聚偏氟乙烯作为粘结剂,制备得到CIGS油墨,涂覆在不同刚、柔性衬底(FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、铝箔、PI薄膜),在不同背底电极上制得CIGS吸收层,最终组装为不同的CIGS太阳能电池。对两种不同非真空法制备的CIGS材料进行表征,利用XRD测试对CIGS粉末以及CIGS薄膜的晶体结构进行表征;利用XPS对CIGS粉末的元素价态进行分析;利用SEM、EDAX和TEM对CIGS粉末以及CIGS薄膜进行形貌和成分分析;采用UV-vis对CIGS薄膜进行光学性能研究;利用Mott-Schottky(M-S)法对CIGS薄膜的载流子浓度等进行研究;最后以线性扫描伏安曲线(LSV)对组装后的CIGS太阳能电池基本性能进行分析。结果表明液相法制备的最优CIGS薄膜禁带宽度为1.54 e V,载流子浓度为8.98×1014cm-3,组装后的简单CIGS太阳能电池开路电压为0.59 V,短路电流密度为0.52 m A·cm-2,FF值43.80%,光电转化效率为0.14%。油墨法制备的最优CIGS薄膜禁带宽度为1.45 e V,载流子浓度6.81×1015cm-3,采用不同的衬底组装成简单太阳能电池后,以柔性PI薄膜制备的CIGS电池开路电压最优为0.51 V,而FTO导电玻璃拥有最大短路电流密度0.91 m A·cm-2,FF值达24.76%,转化效率为0.078%。
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