CIGS基薄膜太阳能电池吸收层的纳米油墨涂覆工艺研究

【摘要】：能源危机是当今世界各国共同面临的问题。在常规能源储量的日益减少，使用带来的环境污染问题日益严重的今天，薄膜太阳能电池的产业化发展研究具有非常重要的意义。采用纳米油墨涂覆工艺来制备CIGS薄膜太阳能电池，具有成本低、工艺简单、制备时间短、易进行批量、大面积产生等优势。但是一般工艺流程中纳米油墨的制备和调配较为繁琐，得到的油墨分散性不好，薄膜涂覆质量差，限制了纳米油墨涂覆技术产业化的发展应用。 本文在传统CIGS纳米油墨涂覆工艺的基础上，优化了纳米油墨调配和薄膜涂覆的工艺流程，改善了油墨的分散性和薄膜的涂覆质量。同时以元素替代的方法对CIGS基薄膜太阳能电池生产成本的降低进行了研究，使其更符合产业化生产的要求。主要内容和总结如下： (1)采用不同的方式进行纳米油墨的调配，通过SEM扫描电镜观察，减少油墨清洗、离心的程度有助于改善油墨的分散性、提高油墨的涂覆质量，制备出表面更为平整均匀的薄膜。 (2)采用双温管式炉进行硒化退火，对制备得到的CIGS薄膜进行SEM扫描电镜观察，发现采用涂覆-干燥循环工艺制备的前驱体薄膜经硒化退火后得到的CIGS薄膜表面形貌均较为疏松，多孔洞。采用相同的涂覆工艺时，将硒化退火时间由20分钟延长到60分钟后，硒化退火制备得到的CIGS薄膜结晶性有所改善。 (3)采用不同油墨以丝网印刷方式制备CIGS薄膜。通过SEM扫描电镜观察，采用涂覆-热分解循环工艺制备的CIGS薄膜相较于采用涂覆-干燥循环工艺制备的CIGS薄膜具有更为致密的薄膜形貌。通过XRD衍射图谱分析，采用涂覆-热分解循环工艺制备的薄膜相比于涂覆-干燥循环工艺制备的薄膜，有机物分解更完全，碳、氧杂质含量少。 (4)采用球磨法制备CZTSe前驱体纳米油墨，以旋涂工艺制备CZTSe薄膜。通过水浴超声测试发现，在油墨调配过程中添加适量乙基纤维素有助于改善CZTSe薄膜的成膜性，得到牢固不脱落的薄膜。通过XRD衍射图谱分析，乙基纤维素的加入在薄膜内引入了一定量的碳、氧杂质，降低了薄膜的结晶性。当硒化退火时间由10分钟延长至30分钟后，乙基纤维素的分解较完全，薄膜结晶性得到改善。 【关键词】：CIGS薄膜 纳米油墨涂覆 热分解退火
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 太阳能电池的原理和重要性9-11
• 1.2 太阳能电池的分类11-13
• 1.2.1 硅太阳能电池11
• 1.2.2 有机薄膜太阳能电池11-12
• 1.2.3 纳米薄膜太阳能电池12
• 1.2.4 化合物薄膜太阳能电池12-13
• 1.3 太阳能电池产业化的发展概况13-14
• 1.4 CIGS 薄膜太阳能电池吸收层的产业化制备工艺14-18
• 1.4.1 真空制备工艺15-16
• 1.4.2 非真空制备工艺16-18
• 1.5 纳米油墨技术产业化的研究现状及存在的问题18-19
• 1.6 本论文的选题依据和主要内容19-22
• 1.6.1 本论文的选题依据19-20
• 1.6.2 本论文的主要内容20-22
• 第2章 CIGS 薄膜制备工艺及分析测试方法22-28
• 2.2 CIGS 薄膜的制备工艺22-26
• 2.2.1 主要设备及原料22
• 2.2.2 CIGS 纳米晶的制备22-24
• 2.2.3 CIGS 前驱体薄膜的制备24
• 2.2.4 CIGS 前驱体薄膜的硒化退火24-26
• 2.3 纳米晶及薄膜的分析测试方法26-28
• 第3章 CIGS 纳米晶的表征及油墨调配工艺的改进28-33
• 3.1 引言28
• 3.2 CIGS 纳米晶的成分及形貌表征28-30
• 3.3 CIGS 纳米油墨调配工艺的改进30-32
• 3.3.1 CIGS 纳米油墨的调配工艺30
• 3.3.2 不同油墨调配工艺的 CIGS 薄膜微观形貌30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 CIGS 薄膜涂覆-热处理-退火工艺的改进33-40
• 4.1 引言33
• 4.2 硒化退火工艺对 CIGS 薄膜形貌的影响33-34
• 4.3 CIGS 前驱体薄膜涂覆-热处理工艺的改进34-38
• 4.3.1 CIGS 前驱体薄膜的涂覆-热处理工艺34-35
• 4.3.2 不同涂覆-热处理工艺 CIGS 薄膜的形貌及成分表征35-38
• 4.4 本章小结38-40
• 第5章 CZTSe 纳米油墨及薄膜的制备与表征40-48
• 5.1 引言40
• 5.2 CZTSe 纳米油墨的制备及表征40-45
• 5.2.1 主要设备及原料41
• 5.2.2 Cu2Se 纳米晶的制备41-42
• 5.2.3 Cu2Se 纳米晶微观形貌及成分的表征42-43
• 5.2.4 CZTSe 纳米油墨的制备43-44
• 5.2.5 CZTSe 纳米油墨的形貌及成分表征44-45
• 5.3 CZTSe 薄膜的制备及表征45-46
• 5.3.1 CZTSe 薄膜的制备45
• 5.3.2 CZTSe 薄膜成分的表征45-46
• 5.4 本章小结46-48
• 第6章 总结与展望48-50
• 6.1 工作总结48-49
• 6.2 工作展望49-50
• 参考文献50-55
• 致谢55-56
• 攻读硕士学位期间的论文和专利发表情况56

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