液相法制备CIGS薄膜太阳能电池材料及表征

【摘要】：太阳能是太阳以电磁辐射形式向宇宙空间发射的能量，也是最可能稳定利用的能源，环保更是其不可替代的特点。太阳能利用中最重要方式的是光伏发电，可以将太阳光能直接转化为电能，也是太阳能利用研究中最重要的研究领域之一。如果能够量化燃烧化石能源所带来的环境污染、气候变暖、人类健康等隐性成本，太阳能发电将是最经济的方式之一。 有效单位面积0.5cm~2的CIGS薄膜太阳能电池的实验室转化效率已突破20.3%，商业运用中的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件转换效率达到了15.7%，这明显高于CdTe或a-Si等太阳能电池器件。在所有可以在光伏领域应用的材料中，CIGS系薄膜太阳能电池由于其转换效率高、制作成本低廉、性能稳定，无疑将成为未来太阳能产业的主导。CIGS的光吸收系数高达10~5cm~(-1)，在至今报道过的半导体中光吸收系数最高。具有这么高的吸收系数,利于太阳电池基区光子的吸收和少数载流子的收集,即吸收层的厚度只要1～2μm就达到要求，这样就可以降低了昂贵原材料的消耗。CIGS薄膜作为吸收层，是CIGS多晶薄膜太阳能电池的最重要的关键组成部分。制备高效率薄膜太阳能电池的CIGS薄膜应该偏离材料化学计量比较小，具有黄铜矿结构，具有较好的致密性的较大的CIGS晶粒。CIGS薄膜作为CIGS多晶薄膜太阳能电池的吸收层，制备方法基本上分为真空工艺和非真空工艺俩大类。中真空技术要求复杂的设备，大量的能量消耗，造就了高昂的成本，不利于CIGS多晶薄膜太阳能电池的市场化。同时非真空工艺具有降低CIGS生产成本和更容易控制其计量比等优点。非真空的液相法为制备高质量的CIGS多晶薄膜材料提供了新的思路，液相法制备的CIGS薄膜，具有质量高，化学计量比可控，颗粒小，设备要求低等优点。相比于乙二胺，三乙烯四胺具有很好的络合性能和还原性。本文以三乙烯四胺为溶剂，通过液相法制备CIGS纳米材料，包括CIGS纳米颗粒、CIGS薄膜和CIGS纳米管等，并用TEM、HRTEM、SEM、XRD、EDS和XPS等表征手段证明了制备出的纳米材料确实是我们的目标产物，并用I-V和表面光电压等表征手段表征了材料的电学性能和光学性能等。通过这些表征手段初步测定了材料的物理和化学性能，说明了材料的可以在光伏领域有很好的应用前景。 本文利用三乙烯四胺作为溶剂，同时也是还原剂，以乙酰丙酮盐和Se粉为反应原料，在空气下回流，液相法制备单分散的CuIn_xGa_(1-x)Se_2纳米颗粒。本方法也为大量制备CIGS纳米颗粒和制备质优价廉的CIGS多晶薄膜太阳能电池提供新的思路，以便加快CIGS多晶薄膜太阳能电池的市场化。又利用三乙烯四胺作为溶剂，同时也是还原剂，以乙酰丙酮盐和Se粉为反应原料，制备CIGS前驱体溶液，然后滴涂在FTO上，热处理，得到了CIGS薄膜。该方法简单，可以大面积制备CIGS薄膜，同时不受基底的形貌等的限制。不需要Se化过程，避免使用剧毒的H_2Se，同时简化实验过程。同时，本方法不需要价格高昂的真空设备和巨大的能量消耗，将制备价格低廉的CIGS多晶薄膜太阳能电池提供新的思虑，以便加快CIGS多晶薄膜太阳能电池的市场化。同时利用三乙烯四胺作为溶剂，同时也是还原剂，以乙酰丙酮盐和Se粉为反应原料，以AAO为硬模板，在空气下，湿化学法制备了单晶CIGS纳米管。不需要Se化过程，避免使用剧毒的H_2Se气体，同时简化实验过程。我们利用XRD、SEM、TEM和EDS等分析手段对样品进行了表征，得到的单晶CIGS纳米管。 【关键词】：CIGS 液相法 薄膜 太阳能电池
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-35
• 1.1 太阳能利用的重要性10-11
• 1.2 太阳能电池的发展概况11-14
• 1.3 太阳电池的种类14-19
• 1.3.1 硅基太阳电池14-15
• 1.3.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池15-16
• 1.3.3 碲化镉（CdTe）多晶薄膜太阳电池16
• 1.3.4 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_2族化合物(CIS)薄膜太阳能电池16-18
• 1.3.5 有机半导体太阳电池18
• 1.3.6 染料敏化电池18-19
• 1.4 铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池19-26
• 1.4.1 CIGS 的晶体结构和特性19-21
• 1.4.2 CIGS 太阳能电池的结构21-22
• 1.4.3 CIGS 太阳能电池的性能参数22-24
• 1.4.4 CIGS 薄膜的制备方法24-26
• 1.5 选题依据、意义及研究内容26-28
• 1.5.1 选题依据与意义26-27
• 1.5.2 研究内容27-28
• 参考文献28-35
• 第二章 液相法制备 CIGS 纳米颗粒35-53
• 2.1 引言35-36
• 2.2 实验36-37
• 2.2.1 试剂及仪器36
• 2.2.2 CIGS 纳米颗粒的制备36
• 2.2.3 CIGS 多晶薄膜的制备36-37
• 2.3 结果与讨论37-47
• 2.3.1 CIGS 纳米颗粒的 XRD 表征分析37-39
• 2.3.2 CIGS 纳米颗粒的形貌表征分析39-41
• 2.3.3 CIGS 纳米颗粒的 EDS 分析41-43
• 2.3.4 CIGS 纳米颗粒的吸收特性分析43-45
• 2.3.5 CIGS 纳米颗粒的 XPS 分析45-47
• 2.4 CIGS 薄膜的表征与分析47-50
• 2.4.1 CIGS 薄膜的形貌分析47-49
• 2.4.2 薄膜的光电分离特性49-50
• 2.5 本章结论50-51
• 参考文献51-53
• 第三章 液相法直接制备 CIGS 多晶薄膜53-71
• 3.1 引言53-54
• 3.2 实验54-55
• 3.2.1 试剂及仪器54
• 3.2.2 基底处理54
• 3.2.3 CIGS 前驱体溶液制备54-55
• 3.2.4 CIGS 多晶薄膜的制备55
• 3.3 结果与讨论55-66
• 3.3.1 CIGS 薄膜的 XRD 表征分析55-57
• 3.3.2 CIGS 纳米颗粒的形貌和组分表征分析57-61
• 3.3.3 CIGS 薄膜的 XPS 分析61-62
• 3.3.4 CIGS 薄膜的吸收特性分析62-64
• 3.3.5 CIGS 薄膜的光电分离特性64-65
• 3.3.6 CIGS 薄膜的 I-V 曲线分析65-66
• 3.4 CIGS 薄膜作为 DSSC 电池的背电极的应用66-67
• 3.5 本章结论67-68
• 参考文献68-71
• 第四章 CIGS 纳米管的制备71-80
• 4.1 前言71-72
• 4.2 实验72-73
• 4.2.1 试剂及仪器72
• 4.2.2 实验过程72-73
• 4.3 结果与讨论73-76
• 4.3.1 CIGS 纳米管的 XRD 表征分析73-74
• 4.3.2 CIGS 纳米管的形貌与组分表征分析74-76
• 4.4 本章结论76-78
• 参考文献78-80
• 结论与展望80-82
• 工作总结80-81
• 工作展望81-82
• 硕士期间发表的文章和工作82-83
• 致谢83-84

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

半导体材料的光伏应用现状    邓志杰,王雁,王荣敏

基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟    任驹;郭文阁;郑建邦;

有机光伏材料与器件研究的新进展    封伟,王晓工

n－CdS／p－CdTe异质结薄膜太阳电池    王万录

太阳电池新进展    赵玉文

新型可见光催化剂制备及评价    姚书山

ZnS/PVA纳米复合薄膜的制备及其非线性三光子吸收研究    陈鹤平;毕红;吴卫林;杜乐意;

基于PSPICE的肖特基势垒光电探测器的模拟    王苹;解光军;

CMOS工艺制作的横向多晶硅p~+p~-n~+结的温度特性及其应用    陈二柱,梁平治

太阳电池基本参数的实验与分析    钟水库;刘长青;沈晓明;

传输线电极型硅基电光调制器研究进展    徐海华;余金中;

十通道VCD/DVD激光读取头用PDIC的研制    李挥;张政操;安杰;胡海军;马建设;程雪岷;林家用;

梯度掺杂对太阳能电池转换效率的影响    王爱坤,周国香,杨韧,李国昌

PECVD形成纳米级薄膜界面陷阱特性的雪崩热电子注入研究    陈蒲生,陈闽捷,张昊

In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)/GaAs组分x和y间约束关系及应用    王建峰,牛南辉,盖红星,李冰,韩军,徐遵图,沈光地

InP基PHEMT欧姆接触低温合金化工艺的研究    李潇,张海英,李海鸥,尹军舰,刘亮,陈立强

一种抗辐射加固隔离反馈发生器的研制    江军;雷昕;赵璐;曾莉;

高响应度InGaAs PIN光电探测器的研制    王承栋;杨集;冯士维;张跃宗;庄四祥;张弓长;

晶体硅太阳电池旁路结分析    李军勇;梁宗存;赵汝强;金井升;李明华;沈辉;

太阳电池组件阴影遮挡问题实验研究    张臻;沈辉;朱家劲;蔡睿贤;

蓝宝石平面元件加工工艺改进    王芳;回长顺;刘涛;金玉竹;

过渡金属氧化物型热电材料的制备与性能研究    许洁

齐聚噻吩及其衍生物的合成、性能及应用研究    腊明

LED用多晶化合物的微结构调控及物性研究    马淑芳

Sb掺杂制备p-ZnO及Si衬底Zn_(1-X)Mg_xO外延薄膜和ZnMgO/ZnO量子阱的研究    潘新花

钙钛矿型催化剂光化学活性与其稳定性及与SiO_2质材料的复合    孙萌萌

高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究    李晓冬

氧化钆掺杂对氧化铪高K栅介质氧空位抑制作用及电学性能研究    季梅

太阳能级硅（SOG-Si）光伏电池中多孔硅吸杂工艺及其神经网络分析方法研究    张彩珍

几种氧化物基量子剪裁发光材料的制备及性能研究    张慧娟

太阳能热光伏系统机理与实验研究    陈雪

辐射桥面发射激光器工艺与测试    王博

敏化太阳能电池中染料的合成研究    徐丹

染料敏化太阳能电池电极改性研究    石德晖

闪存低温失效分析及不良筛选    范娅玲

咔唑类染料敏化太阳能电池制备研究    王忠原

多孔二氧化钛薄膜的制备及性能研究    周亭

HIT太阳电池硅片处理及复合透明导电膜的研究    王淑珍

Ge（S_xSe_（1-x））_2玻璃的组成、结构和光学性能研究    张军

基于电光晶体的光纤偏振态控制系统    兰宝林

试验设计方法在微电子涂胶和刻蚀工艺优化中的应用研究    钟鑫

过去十年硅太阳电池研究的进展    赵建华

过去十年硅太阳电池研究的进展(续)    赵建华

非晶硅太阳电池进展和展望    邓志杰

硅雪崩光电二极管单光子探测器    梁创,aphy.iphy.ac.cn,廖静,梁冰,吴令安

Q有机聚合物材料中光生载流子传输的跳跃输运    邱勇,杨延强,杨庆鑫,王长顺,孙桂娟,魏振乾,费浩生

新型菲涅尔线聚焦聚光太阳电池组件研究    汪韬,赛小锋,李晓婷,李宝霞,高鸿楷

银系抗菌剂的研发及其市场应用现状    王维清,冯启明

用于非晶硅太阳电池的p型a-SiC:H:B窗口材料及其前后界面的研究    耿新华,孟志国,王广才,孙云,陆靖谷,孙钟林

CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究    孙云,王俊清,杜兆峰,舒保健,于刚,温国忠,周祯华,孙健,李长健,张丽珠

在Pd/TiO_2上CO的光催化增强效应(英文)    张敏,金振声,王守斌,张顺利,张治军

CIGS薄膜太阳电池异质结的结构初析    薛玉明,孙云,李凤岩,朴英美,刘维一,周志强,李长健

氢处理对太阳薄膜材料Mo/CuIn_(1-X)Ga_XSe_2/CdS的影响    张辉,丁绍林,汤会香,张会锐,马向阳,杨德仁,刘维一,张加友,孙云

铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展现状以及应用前景    庄大明,张弓

CuIn_(0.7)Ga_(0.3)Se_2粉末的自蔓延高温合成    周其刚;王为民;龙飞;傅正义;王皓;王玉成;张金咏;

CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的研究及其发展    赵静;王智平;王克振;冯晶晖;

企业传真    

友达太阳能垂直整合布局见雏型    

全球薄膜电池产能增速连续两年逾120%    

保定天威采用欧瑞康太阳能技术开始量产薄膜太阳能电池    

江南体育在线直播观看 技术演绎城市亮化照明的缤纷时代    朱俊;

溶液法合成CIGS纳米晶制作薄膜太阳能电池    周春;陶斯禄;

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研究进展    岳恩;唐龙;罗顺安;张平;

空间用、高重量比功率柔性聚酰亚胺衬底CIGS薄膜太阳电池的制备方法    张力;何青;李凤岩;李宝璋;李长健;

单个靶制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜    侯泽良;周正基;武四新;

新型高效铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研究和开发状况    庄大明;张弓;

原位退火离子束溅射和热蒸发四元叠层法制备CIGS薄膜与表征    梁广兴;

OVC薄膜材料及其对CIGS薄膜太阳电池异质结的改进    薛玉明;孙云;朴英美;李长健;

铜铟镓硒和铜锌锡硫化合物半导体纳米材料的制备    张庶;张晓琨;孙一灵;向勇;

应用于CIGS太阳能电池窗口层的透明导电氧化物AZO薄膜的制备与研究    王正安;石建华;褚家宝;黄素梅;孙卓;

Cu-In-Ga-Se体系的热力学研究进展    郭宇杰;谢凯;韩喻;郑春满;

国际领先的CIGS薄膜太阳能电池生产研发基地落户广州    本报记者 丁翊轩

CIGS半导体薄膜太阳能电池项目在沪签约    记者 熊磊　通讯员 亦楚

CIGS薄膜太阳能电池基地落户广州    罗佩美

青岛“领跑”第三代太阳能发电产品制造    本报记者 邹吉宏

新一代太阳能发电将带来什么    本报记者 邹吉宏　实习生 李一帆

兴安两重大项目昨开工奠基    记者 段裕祥

台湾金色能源太阳能有限公司来锦签订30亿总投资项目协议    董克攻　郑金光

CIGS薄膜太陌能电池组和整厂设备输出项目落户迁西    郭力榕

力铼光电昨开工    记者 吴生锋

非晶硅薄膜太阳能电池项目开工    梅永生　王芳 姜木金

CIGS薄膜太阳能电池材料的制备、结构及性能研究    龙飞

铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的研究    谈晓辉

柔性基底薄膜太阳能电池研究与试制    冯煜东

对溅射法制备的铜铟镓硒吸收层与掺铝氧化锌窗口层结构与性能的研究    李欣益

铜铟硒薄膜太阳能电池相关材料研究    万磊

Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的制备及其p-n结能带偏移的研究    李纪

基于二氧化钛与聚苯胺太阳能电池的研究    刘自然

电沉积制备铜铟硒薄膜太阳能电池及纳米线的生长与性质研究    张中伟

铜铟硒薄膜太阳能电池材料的制备与若干理论计算研究    蒋方丹

In_2S_3、TiO_2/In_2S_3纳微结构薄膜的制备及其光电化学性质研究    张丽娜

液相法制备CIGS薄膜太阳能电池材料及表征    栗鹏伟

磁控溅射制备CIGS薄膜太阳能电池的研究    李超

CIGS薄膜太阳能电池的工艺研究与制造    钱群

CIGS薄膜太阳能电池关键功能层的制备及表征    徐晓辉

单靶磁控溅射一步法制备CIGS薄膜    梅迪

铜铟镓硒薄膜太阳能电池CIGS吸收层的研究与制备    王正安

共蒸法制备CIGS薄膜及其表征    李文科

脉冲激光沉积工艺对CIGS薄膜成分和微结构的影响    何杰

基于CIGS太阳能电池的吸收层和缓冲层的研究与制备    陆静苹

脉冲激光沉积后硒化法制备CIGS薄膜    李丽丽