采用化学水浴沉积法在不同氨水用量下制备了Cu(In,Ga)Se2太阳能电池的缓冲层CdS薄膜，根据化学平衡动力学计算出混合溶液中反应粒子的初始浓度、pH值和离子积，利用台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、量子效率测试仪(EQE)和IV测试仪对制备样品的薄膜厚度、表面形貌、晶体结构、量子效率和光电转换效率进行了表征和分析。结果表明：提高氨水用量可以抑制同质反应，促进异质反应，使CdS薄膜晶体结构从立方相向六方相转变，晶粒形状从柳絮状向颗粒状转变，晶粒尺寸逐渐增大，粒径分布更加均匀，薄膜表面更加平整，制备电池的EQE、Voc、Jsc、FF、Rs等电学参数得到优化，光电转换效率从7.64%提高到13.60%。

为了优化铜铟镓硒薄膜太阳能电池的前电极, 提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的效率, 提出了一种可应用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池的AZO/图案化Ag薄膜/AZO结构的前电极, 中间层的Ag薄膜与电池顶层的金属栅线具有完全相同的图案和尺寸, 并且位于金属栅线的正下方, 这种新型结构可以提高电池前电极的电学性能, 但对电池来说不会带来额外的光学损失。对比了新型前电极结构与几种传统前电极的电学和光学性能, 并且制备了相应的电池进行了性能对比。实验结果表明, 新型的前电极结构可以提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的短路电流, 相对传统AZO电极,电池效率从13.83%提高到14.53%。本结构可以明显提高电池效率。

报道了不同的铜含量(Cu/(Ga+In)=0.748~0.982)对Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)薄膜微结构的影响.文章中的CIGS薄膜采用磁控溅射金属预置层后硒化的方法制备, 其X射线衍射谱(XRD)中一系列黄铜矿结构CIGS(CH-CIGS)相的衍射峰确认了CH-CIGS相的存在.对CIGS薄膜拉曼光谱的分析表明, 随着铜含量的上升, CIGS薄膜经历了CH-CIGS和有序缺陷化合物(OVC)混合相、CH-CIGS单相、CH-CIGS和CuxSe混合相三种状态.进一步的分析显示, CIGS薄膜拉曼峰的半高宽随铜含量变化, 并在Cu/(Ga+In)=0.9附近时达到最小值, 这说明此时CIGS薄膜具有更好的结晶度和更少的无序性.此外还得到了CIGS薄膜拉曼峰半高宽与铜含量的经验关系公式.这些研究表明拉曼光谱能比XRD更加灵敏地探测CIGS薄膜的微结构, 可望作为一种无损和快速测量方法, 用于对CIGS薄膜晶相和铜含量的初步估计.

采用恒电位电沉积法在ITO上制备了铜铟镓硒(CIGS)前驱体薄膜, 该前驱体薄膜在充氩气管式炉中经过高温硒化可得到结晶良好的CIGS薄膜。 采用X-射线衍射(XRD)、 拉曼光谱(Raman)、 扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光-近红外光谱仪分别表征了CIGS薄膜的结构、 形貌、 成分以及可见-近红外光谱(Vis-NIR)吸收特性。 XRD结果表明前驱体薄膜高温硒化后所得的CIGS薄膜具有(112)择优取向, 薄膜中CIGS晶粒的平均尺寸为24.7 nm, Raman光谱表明薄膜中的CIGS是具有黄铜矿结构的四元纯相, 没有其他二元三元杂相存在。 Vis-NIR测量结果表明CIGS的禁带宽度随薄膜中镓含量的增加而增加, 当Ga含量达5.41%时, 通过吸收光谱测得CIGS的禁带宽度为1.11 eV, 通过理论计算得到镓铟比为Ga/(In+Ga)=16.3%, 小于SEM测量所得的镓铟比Ga/(In+Ga)=21.4%, 这表明还需进一步提高CIGS薄膜的结晶度。 所有测量表明优化后的ITO/CIGS非常适合用来制作高质量的双面太阳能电池。 该研究提出了制备低成本CIGS前驱体薄膜及高温硒化的新方法, 通过这些方法在ITO上制备了均匀、 致密、 附着力好的CIGS薄膜。 通过上述表征可知, 在新工艺下制备的CIGS薄膜结晶度高, 成分合理, 无杂相, 光吸收性质好。 与磁控溅射法类似, 电沉积法非常适合大面积工业化生产, 该工作对CIGS的规模化生产具有重要的借鉴意义。

全球的气候变化和环境污染等问题使得人们渴求新的可再生、清洁和安全的能源。当前可再生能源仅占世界能源生产的1%。太阳能是可持续再生能源的终极能源。近年来快速发展的太阳能电池市场极大地激发了社会的关注,这主要归结于政府部门对于可再生能源的激励政策。为了保证太阳能的持续发展,必须发展新的太阳能技术使太阳能可持续以及可竞争的低成本使用。为达到上述目的,必须对当前和下一代太阳能电池技术基本科学问题,当前状态以及关键科学问题有一个清晰的认识。主要依据太阳能电池研究经历阐述太阳能电池的关键科学问题。主要包括:太阳能转换的基本原理,当前薄膜太阳能电池的发展状态和关键问题,下一代太阳能电池的主要难题,未来太阳能的可能发展方向和策略。

考察了通过自主研发的高温热裂解辅助硒化装置所产生的高活性硒对CIGS薄膜结构和器件性能的影响。通过调节高温裂解系统的温度可以有效调节不同的硒活性。研究发现,第一台阶HC-Se气氛可以提高CIGS薄膜表面的Ga含量,使得CIGS薄膜内的Ga分布更加平缓,进而提高CIGS薄膜表面禁带宽度。而且HC-Se气氛可以消除CIGS“两相分离”现象。两种因素的共同作用使得CIGS薄膜太阳电池的开路电压提高了34.6%。电池转换效率从6.02%提升至8.76%,增长了45.5%。

研究了金属预制层制备过程中溅射气压对Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)薄膜及电池器件性能的影响。通过调节溅射气压改变预制层的结晶状态及疏松度与粗糙度, 在合适的预制层结构下, 活性硒化热处理过程中, 可使Ga有效地掺入到薄膜中形成优质的CIGS固溶体。高溅射气压会使预制层过于致密, 呈现非晶态趋势。经活性硒化热处理后, CIGS薄膜容易产生CIS与CGS“两相分离”现象, 从而导致CIGS薄膜太阳电池的开路电压和填充因子降低, 电池转换效率由10.03%降低到5.02%。

采用真空热蒸发(VTE)的方法制备了CdS多晶薄膜, 研究了不同衬底温度对其微观结构与光电性能的影响。结果显示, 不同衬底温度下制备的CdS薄膜均属于六方相多晶结构且具有(002)择优取向; 随着衬底温度的升高, (002)特征衍射峰强度增加, 半高宽变小, 相应薄膜结晶度增大; 由CdS薄膜的透射光谱可知, 在500~1000nm波段平均透过率均超过80%, 光学带隙随着衬底温度的升高而增大(2.44~2.56eV), 表明真空热蒸发方法制备的CdS薄膜可以作为CIGS薄膜太阳电池的缓冲层。将真空热蒸发法制备CdS薄膜与磁控溅射法制备CIGS薄膜太阳电池相结合, 在同一真空室内得到了CIGS薄膜太阳电池器件, 为CIGS薄膜太阳电池的工业化推广提供了新途径。