1 郑州大学物理工程学院，材料物理教育部重点实验室，郑州 450052
2 浙江知远工程管理有限公司，杭州 311100
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%。
硫化镉薄膜 化学水浴沉积 平衡动力学 结晶类型 铜铟镓硒 CdS thin film chemical bath deposition equilibrium kinetic crystallization type CIGS
1 山东理工大学化学化工学院, 山东 淄博 255049
2 山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 淄博 255049
铜铟镓硒(CIGS)纳米薄膜作为一种半导体材料,在太阳能电池领域发挥着重要作用。本文基于磁控溅射技术,在不同溅射功率、工作压强和溅射时间下制备了一系列CIGS纳米薄膜样品,并利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术完成了CIGS纳米薄膜中Ga与(In+Ga)原子比以及Cu与(In+Ga)原子比的定量分析;然后结合每个溅射参数下绘制的单一定标曲线,绘制了两个含量比的综合定标曲线,综合定标曲线的拟合系数均达到了0.99以上,说明拟合效果良好。同时,针对三个随机溅射参数下制备的CIGS纳米薄膜样品,对比了能量色散X射线光谱(EDS)技术和LIBS技术的分析结果,两者之间的误差均小于5%,验证了LIBS技术分析的精确性。本研究为CIGS薄膜的快速分析和性能的及时判定提供了一种新手段,也开发了LIBS技术在薄膜半导体材料领域的新应用。
光谱学 激光诱导击穿光谱 磁控溅射 铜铟镓硒 定标曲线 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 233003
1 北京低碳清洁能源研究院, 北京 102211
2 神华(北京)光伏科技研发有限公司, 北京 102211
3 清华大学 材料科学与工程学院, 北京 100084
根据测试数据, 分析模拟了铜铟镓硒(CIGS)薄膜光伏组件中电池的活性区域、非活性区域与封装材料之间界面的光学特性对组件的短路电流产生的影响。根据组件结构建立了光学模型, 从光学模拟结果分析组件内的反射与吸收。发现电池前电极透明导电氧化物薄膜(TCO)与封装材料界面的反射不可忽视, 提出通过在透明导电氧化物薄膜与封装材料之间添加减反射层, 并以MgO作为膜层材料以降低活性区域的界面反射; 模拟了在非活性区域一次反射光角度与二次反射的关系, 由此分析了非活性区域反射面倾角、镜面反射与漫反射比例对光利用的影响。模拟结果显示, 活性区域的减反层结构可降低透明导电氧化物薄膜表面的反射率1%以上, 而通过在非活性面积区域制备光反射结构, 理论上能够利用非活性区域光照超过50%。
铜铟镓硒薄膜光伏组件 模拟 界面反射 光管理 Cu(In,Ga)Se2 thin film solar module simulation interface reflection light management
山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 淄博 255049
采用单靶磁控溅射方法在不同溅射时间下制备了铜铟镓硒薄膜,并且利用激光诱导击穿光谱技术实现对铜铟镓硒薄膜中元素含量比的快速定量分析。结果表明:随着溅射时间延长,Ga与(In+Ga)的谱线强度比值以及薄膜的禁带宽度同步变化,均呈先减小后增大的规律;铜铟镓硒薄膜的激光诱导击穿光谱图以及谱线分析、几种元素辐射强度比值的快速定量分析都表明,激光诱导击穿光谱技术能够间接地实现对铜铟镓硒薄膜中元素含量比的快速检测,能够在铜铟镓硒薄膜的性能分析以及制备参数优化方面发挥辅助作用。
光谱学 激光诱导击穿光谱 薄膜分析 光学禁带宽度 铜铟镓硒 磁控溅射
1 重庆神华薄膜太阳能科技有限公司, 重庆 400700
2 中国节能减排有限公司, 北京 100011
3 北京低碳清洁能源研究所, 北京 102208
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。
铜铟镓硒 前电极 AZO/图案化Ag/AZO 溅射 CIGS front contact AZO/patterned Ag/AZO AZO/Ag/AZO AZO/Ag/AZO sputtering
1 山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 淄博 255049
2 山东淄博汉能薄膜太阳能有限公司, 山东 淄博 255000
铜铟镓硒薄膜中4种元素的含量比对薄膜的性能有非常大的影响。采用磁控溅射方法在不同工作气压下制备了铜铟镓硒薄膜,利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术实现了铜铟镓硒薄膜中Ga含量与(In+Ga)含量之比以及Cu含量与(In+Ga)含量之比的定量分析。分析了不同工作气压下制备的铜铟镓硒薄膜中元素谱线的强度,结果表明:IGa/I(In+Ga)与薄膜的禁带宽度是对应的,均随工作气压的增加而先增大后减小,当工作气压为2.0 Pa时,获得了最大的薄膜禁带宽度;ICu/I(In+Ga)与能谱仪测得的浓度变化一致。LIBS技术能够实现薄膜中元素含量比例的快速检测,不同元素谱线强度的相对比值能够间接反映薄膜中元素含量的比值,验证了LIBS技术在薄膜分析方面的潜力,为优化磁控溅射制备铜铟镓硒薄膜的工作参数提供了方法和技术支持。
光谱学 激光诱导击穿光谱 薄膜分析 铜铟镓硒 磁控溅射 光学禁带宽度 中国激光
2018, 45(12): 1211002
托莱多大学物理学和天文学系, 光伏创新和商业化中心, 托莱多 OH43606-3390, 美国
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。
太阳能电池 铜铟镓硒 碲化镉 钙钛矿 solar cell CIGS CdTe Perovskite
