论文部分内容阅读
铜铟镓硒[Cu(In,Ga)Se2,CIGS]薄膜太阳能电池具有光电转换效率高、稳定性高、成本较低、弱光响应性好、无光致衰减效应、可柔性化等诸多优点,一直备受关注,也是目前实现规模化应用的一种最好的薄膜太阳能电池。CIGS薄膜太阳能电池结构中透明导电前电极与光吸收层(n型CdS/p型CIGS层)之间需要一个较高电阻率的缓冲层(i-ZnO层)。ZnO纳米线阵列具有巨大的比表面积、不平整绒面结构、电阻率可调等特点,用ZnO纳米线阵列作为CIGS太阳能电池的缓冲层,可以增大接触面积,加快电子传输,而且纳米线阵列的绒面结构起到陷光作用,增强了电池对太阳光的捕获效率,从而进一步提高电池的光电转换效率。本文探讨了应用于CIGS太阳能电池的ZnO纳米线的制备工艺,通过电化学沉积法在FTO玻璃衬底上制备ZnO纳米线阵列,调节沉积电位、电沉积溶液浓度、沉积时间等工艺参数,研究其对ZnO纳米线阵列形貌与性能的影响,然后依次通过化学水浴沉积CdS层、磁控溅射CIGS层和Mo层获得FTO/ZnO纳米线阵列/CdS/CIGS/Mo结构的太阳能电池,并通过测试Ⅰ-Ⅴ曲线表征电池的光电转换性能。主要研究结果如下:(1)研究了沉积电位对ZnO纳米线阵列的形貌与性能的影响。结果表明,其他工艺参数相同,在阴极还原电位U分别为-1.4V、-1.5V、-1.6V时,电位为-1.5V沉积的ZnO纳米阵列呈六方柱体,侧面光滑,结构致密,均匀度好。(2)比较了锌源(Zn2+)浓度为0.0025M/L、0.003M/L、0.004M/L三种溶液电沉积制备ZnO纳米线阵列。结果表明,当锌源(Zn2+)浓度为0.004M/L时,浓度积超过Zn(OH)2溶度积常数,易产生Zn(OH)2沉淀。锌源(Zn2+)浓度为0.003M/L和0.0025M/L的溶液制备ZnO纳米线阵列,长度分别为300-400nm和200-300nm,锌源(Zn2+)浓度为0.0025M/L的溶液生成的ZnO纳米阵列更利于CIGS太阳能电池光转化效率的提高。(3)研究了电沉积时间参数对ZnO纳米线阵列形貌与性能的影响。结果表明,不同沉积时间制备的ZnO纳米线阵列形貌和尺寸都存在一定的差异。其中,沉积20 min的ZnO纳米线阵列长度为200-300 nm、直径为50 nm左右符合CIGS薄膜太阳能电池所需ZnO纳米线阵列结构。(4)在最佳的ZnO纳米线阵列制备工艺参数条件下:沉积电位为-1.5V、溶液浓度为0.0025M/L、沉积时间20min,所获得的CIGS太阳能电池光电转换效率最优。