銅銦鎵硒太陽(yáng)電池中ZnS緩沖層的優(yōu)化制備研究.pdf

1、CIGS薄膜太陽(yáng)電池通常采用CBD-CdS作緩沖層,由于Cd有毒,而且CdS的禁帶寬度較窄,因而采用寬帶隙無(wú)毒材料代替CdS的研究被重視。
　　 本論文選用CBD-ZnS薄膜替代CdS作為CIGS太陽(yáng)電池緩沖層。其因?yàn)橐皇荶nS無(wú)毒、廉價(jià)、材料來(lái)源廣,二是ZnS的帶隙較寬,可以吸收更多高能光子,有利于提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。
　　 首先在對(duì)CBD-ZnS的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了初步探索的基礎(chǔ)上,對(duì)影響CBD-ZnS薄膜生長(zhǎng)的因素

2、進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,包括反應(yīng)物的配比、攪拌速度和沉積時(shí)間等對(duì).ZnS薄膜的影響。結(jié)合對(duì)制備的ZnS薄膜的厚度、粗糙度、透過(guò)率、表面形貌等檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析,得出了ZnS薄膜的基礎(chǔ)制備工藝條件。
　　 第一步得到的基礎(chǔ)制備工藝仍存在薄膜沉積時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、表面粘附物多的缺點(diǎn),有待進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。優(yōu)化工藝研究分為三部分:第一,通過(guò)在反應(yīng)溶液中添加N2H4作為第二絡(luò)合劑,顯著地提升了薄膜的沉積速率。第二,通過(guò)在反應(yīng)溶液中添加緩沖劑(NH4)2S

3、O4,有效地抑制了溶液中同質(zhì)反應(yīng)的發(fā)生,在與無(wú)添加(NH4)2SO4工藝下制備.ZnS薄膜的SEM檢測(cè)對(duì)比發(fā)現(xiàn),添加(NH4)2SO4工藝下制備的ZnS薄膜表面粘附物明顯減少。第三,研究了N2H4和(NH4)2SO4同時(shí)添加的工藝(簡(jiǎn)稱為優(yōu)化工藝),通過(guò)對(duì)ZnS薄膜厚度粗糙度和表面形貌的分析顯示,在添加了NEH4和(NH4)2SO4的工藝條件下制備的ZnS薄膜,不但沉積速率顯著提高,沉積時(shí)間得以縮短,從而減小了CIGS吸收層長(zhǎng)時(shí)間在堿性

4、溶液中浸泡導(dǎo)致的侵蝕傷害,同時(shí)有效地抑制了同質(zhì)反應(yīng),粘附物減少,成膜表面潔凈致密。薄膜的綜合指標(biāo)得到提升,滿足了作為電池緩沖層的功能要求。
　　 優(yōu)化工藝制備的CIGS/ZnS太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.85％。與同批吸收層用CBD-CdS作為緩沖層制備的電池效率相近。通過(guò)對(duì)CIGS/ZnS電池異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)、CIGS/ZnS和CIGS/CdS兩種不同結(jié)構(gòu)的電池性能參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,得出CIGS/ZnS電池性能通常低于CIGS