高质量Cu（In，Ga）Se2薄膜的低成本制备工艺研究

论文摘要

随着人类社会的发展,人们对能源的需求越来越大,然而,目前人们普遍使用的能源如煤炭、石油等都不是可再生能源,这些能源正在枯竭。因此,寻找可再生、获取方便、价格低廉的替代能源己成为目前人类面临的迫切问题。太阳能作为一种清洁、安全可靠并且无处不在的可再生能源而受到人们的普遍亲睐,已经在各个领域得到了广泛应用。在太阳能电池中,CuInSe2(CIS)以其吸收系数高、价格低廉、高稳定性而受到人们的广泛关注,被认为是第三代太阳能电池的主要材料。本文首先以InCl、SeO2、CuCl2、络合剂柠檬酸和稳定剂KCl的水溶液为电解液,并以HCl溶液调节其PH值,在镀Mo的钠钙玻璃衬底上采用恒电位沉积的方法制备出太阳能电池吸收层CIS,并对所制备的薄膜进行热处理和后硒化工艺以提高薄膜的结晶性能和改善薄膜的化学计量比。其次用射频磁控溅射的方法以单一Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)靶材在在镀Mo的钠钙玻璃衬底上溅射制备了Cu(In,Ga)Se2,同样对所制备薄膜进行了热处理和后硒化。最后用二者结合的方法,即先在镀Mo的钠钙玻璃衬底上用恒电位沉积的方法电化学沉积一层CIS,然后再在其上面射频磁控溅射生长一层CIGS。对所制备的薄膜进行了热处理和后硒化。实验中通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜((SEM)、能谱仪(EDS)以及拉曼散射等方法对制备的CIS/CIGS薄膜的各种性能进行了表征。实验结果表明：利用电化学沉积和磁控溅射沉积二者结合的方法,既有效利用电化学沉积生长速度快,沉积方法简单易行,生产成本低等优点弥补了磁控溅射沉积在生长速度和生长成本方面的不足,又利用磁控溅射沉积成膜结晶性好,表面质量高等优点改善了电化学沉积所制备的薄膜。结果显示,二者结合所制备出来的薄膜结合良好,具有比电化学沉积生长薄膜明显好得多的表面平整度和均匀性,结晶性也有所提高,而且制备同等厚度的薄膜比只用磁控溅射沉积所用时间大大减少,降低了制备成本。本文利用恒电位电化学沉积和射频磁控溅射结合的方法探索出了一条高质量低成本CIS的制备之路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能利用的重要性
• 1.2 太阳能电池的发展概况
• 1.3 铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池发展概况
• 1.4 本论文研究内容和选题意义
• 参考文献
• 第2章 CIGS太阳能电池的结构和参数
• 2.1 CIGS太阳能电池结构
• 2.1.1 CIGS的晶体结构和特性
• 2.1.2 CIGS太阳能电池的结构
• 2.1.3 CIGS太阳能电池的性能参数
• 2.2 CIGS薄膜的制备方法
• 2.2.1 真空蒸发法
• 2.2.2 磁控溅射法
• 2.2.3 分子束外延法
• 2.2.4 丝网印刷法
• 2.2.5 喷涂热解法
• 2.2.6 溶胶-凝胶（Sol-Gel）法
• 2.2.7 电化学沉积法
• 参考文献
• 2薄膜的电化学沉积制备研究'>第3章 CuInSe₂薄膜的电化学沉积制备研究
• 2的原理及设备'>3.1 电化学沉积CuInSe₂的原理及设备
• 3.2 实验设计
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验工艺流程
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 衬底材料的选择
• 3.3.2 衬底的清洗
• 3.3.3 Mo薄膜的制备
• 3.3.4 溶液的配制
• 3.3.5 硒化和退火
• 3.4 CIS薄膜的测试和表征
• 3.4.1 薄膜厚度测试
• 3.4.2 X射线衍射（XRD）分析
• 3.4.3 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 3.4.5 能量色散谱仪（EDS）分析
• 3.4.6 拉曼（Raman）光谱测试
• 3.5 实验结果分析与讨论
• 3.5.1 溶质浓度对成膜的影响
• 3.5.2 衬底材料对薄膜特性的影响
• 3.5.3 一步法和两步法的比较
• 3.5.4 氯化钾浓度对薄膜结构的影响
• 参考文献
• 第4章 磁控溅射制备Cu（In,Ga）Se2薄膜及性能的研究
• 4.1 磁控溅射制备CIGS的原理及设备
• 4.2 实验过程
• 4.3 磁控溅射CIGS的测试与表征
• 4.3.1 溅射功率对CIGS薄膜性能的影响
• 4.3.2 薄膜厚度与溅射时间的关系
• 4.3.3 溅射气压对CIGS薄膜的影响
• 4.4 后磁控溅射对电化学沉积CIS薄膜表面形貌的改善
• 参考文献
• 第5章 结论和展望
• 在学期间的研究成果
• 致谢