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基于柔性衬底的CIGS薄膜太阳能电池研究

关注热度:334   来源:新能源学术论文  作者:赵勇平
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【摘要】:太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源。在光伏电池制造领域,提高光电转换效率和降低生产成本是永远的主题。Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池是各种薄膜太阳能电池中效率最高、最有发展前途的薄膜太阳电池之一。近年来柔性衬底薄膜太阳能电池开始受到人们的重视,世界上许多公司和科研机构竞相开发研究。柔性太阳电池与硬衬底电池相比,其最大的特点是重量轻,可折叠,不易破碎,并具有较高的质量比功率(500W/kg),采用的主要加工方法是自动化的卷对卷(roll to roll)工艺。目前柔性衬底薄膜太阳能电池还有一些急需解决的关键问题,我国在这一领域和国外先进水平差距很大。本文首先系统阐述了CIGS太阳能电池发展现状、电池的原理和结构、性能参数以及各参数对电池特性的影响。在对制备工艺和技术路线广泛调研的基础上,实验中采用聚酰亚胺作为太阳能电池的基底,通过旋涂法制备耐高温、稳定性好的聚酰亚胺薄膜,对柔性衬底CIGS太阳能电池的制备工艺进行了探究。利用CIGS靶材进行射频磁控溅射得到CIGS吸收层,并对柔性衬底的制备与选择、底电极Mo、吸收层CIGS、缓冲层Cd S进行单项工艺研究。实验中尝试改变溅射气压、衬底温度、退火条件、溶液配比等工艺参数,通过SEM观察形貌、XRD分析薄膜晶体结构、并对电阻率、薄膜透射率进行测试,对薄膜的微观结构、光学、电学性质进行分析。采用双层溅射法在柔性PI衬底上得到结合优良且电阻率较低的Mo电极;着重研究了因聚酰亚胺与CIGS层之间热膨胀系数不一致而导致的Mo和CIGS层开裂的一系列问题;通过优化薄膜沉积工艺,在衬底加热的条件下溅射得到了与Mo结合较好的CIGS薄膜。最后,通过工艺整合,制备得到了柔性衬底的CIGS多层薄膜电池,测试表明,电池具有一定的转换效率,但是性能还有待提高。
【关键词】:柔性衬底 铜铟镓硒 薄膜太阳能电池 聚酰亚胺 薄膜应力
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM914.42
【目录】:
  • 摘要6-8
  • ABSTRACT8-12
  • 第一章 太阳能薄膜电池的发展现状12-28
  • 1.1 清洁能源的迫切需求12-15
  • 1.2 太阳能电池原理与结构15-18
  • 1.2.1 太阳能电池的原理15-16
  • 1.2.2 太阳能电池主要参数16-17
  • 1.2.3 太阳能电池的等效电路17-18
  • 1.3 太阳能电池的种类及特性比较18-20
  • 1.4 CIGS太阳电池的发展历史与国内外研究现状20-23
  • 1.4.1 CIGS太阳能电池的优点20-21
  • 1.4.2 基于柔性衬底的CIGS太阳能电池21-23
  • 1.5 本课题的主要研究内容与研究意义23-24
  • 参考文献24-28
  • 第二章 柔性衬底的选择与制备28-38
  • 2.1 柔性衬底的分类28-32
  • 2.1.1 无机金属衬底28-30
  • 2.1.2 有机聚合物衬底30-32
  • 2.2 聚酰亚胺柔性衬底的制备32-35
  • 2.2.1 选用成型的聚酰亚胺薄膜32-33
  • 2.2.2 用甩胶机自制聚酰亚胺薄膜33-35
  • 参考文献35-38
  • 第三章 CIGS太阳能电池的主要工艺探究38-64
  • 3.1 基于柔性衬底的CIGS太阳能电池的结构38-40
  • 3.2 CIGS太阳电池的制备工艺流程40-41
  • 3.3 制备CIGS太阳能电池的实验方法与实验设备41-42
  • 3.4 CIGS太阳能电池的制备工艺与方法42-59
  • 3.4.1 Mo电极的制备工艺与方法42-48
  • 3.4.2 吸收层CIGS的制备工艺与方法48-54
  • 3.4.3 缓冲层CdS的制备工艺与方法54-58
  • 3.4.4 窗口层ZnO和ZAO的制备工艺与方法58-59
  • 参考文献59-64
  • 第四章 原型器件的制备及测试结果64-67
  • 4.1 器件制备工艺流程64-65
  • 4.2 电池性能测试结果及分析65-66
  • 参考文献66-67
  • 第五章 总结和展望67-69
  • 5.1 结论67-68
  • 5.2 展望68-69
  • 致谢69-70
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利70


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关键词: 柔性衬底

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