5化学水浴法制备CIGS薄膜太阳电池缓冲层CdS薄膜的研究

化学水浴法制备大面积CdS薄膜及其性能研究李巍;张旭;王赫;乔在祥【摘要】采用化学水浴法在聚酰亚胺(PI)衬底上沉积铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池的缓冲层CdS薄膜.研究了反应溶液浓度和沉积时间对大面积CdS薄膜表面形貌和晶体结构的影响,优化了化学水浴沉积大面积CdS薄膜工艺.采用5×10-3 mol/L 的(CH3COO)2cd、0.05mol/L的SC(NH2)2、1.5×10-2 mol/L的CH3COONH4、6.5×10-3 mol/L的NH3·H2O配置的反应溶液,75℃恒温水浴,沉积时间10 min作为工艺条件,在CIGS吸收层上沉积了面积为30 cm×30 cm、具有较好结晶质量的CdS薄膜.在此基础上完成柔性CIGS薄膜太阳电池制备,在AM 1.5,25℃条件下,面积约为2.5 cm2的柔性CIGS薄膜太阳电池最高光电转换效率达到9.12％.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(039)008【总页数】3页(P1685-1687)【关键词】大面积CdS(硫化镉)薄膜;化学水浴工艺;CIGS薄膜太阳电池【作者】李巍;张旭;王赫;乔在祥【作者单位】中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TM914柔性CIGS薄膜太阳电池具有轻质可弯曲、质量比功率高、稳定性好、抗辐照能力强等优点，尽快提升CIGS柔性薄膜太阳电池的效率并实现其产业化是发展此种太阳电池的关键。

在高效的CIGS薄膜太阳电池结构中，广泛采用化学水浴工艺制备仅有几十纳米厚度的缓冲层CdS薄膜[1]，其特性对提高电池性能具有十分重要的作用[2]。

首先，化学水浴工艺制备的CdS薄膜无针孔、致密性好，仅几十纳米的薄膜可以完全覆盖粗糙的CIGS表面，有效防止溅射沉积高阻ZnO对CIGS吸收层表面的损伤，可消除由此引起的电池短路现象[3]；其次，Cd2+离子能够通过扩散进入贫Cu的CIGS薄膜表面形成CdCu施主，可以优化CdS/CIGS异质结界面性能[4]；第三，CdS与CIGS薄膜能够形成较好的晶格匹配和能带结构匹配，有利于提高剩余载流子的寿命[5]。

论文采用化学水浴沉积法（ＣＢＤ）制备ＣｄＳ薄膜，详尽研究了影响ＣｄＳ薄膜性质的种种因素，着重研究低温ＣｄＳ薄膜的沉积。

因此本章先介绍太阳能电池的原理，再综述太阳电池的分类与研究状况，最后简述本文的研究目的。

１．１太阳能电池的原理太阳能电池能量转换的基础是半导体结的光生伏特效应，它是这样一种器件：当受阳光照射时，在它的内部释放出电荷，这些电荷能在半导体中自由移动，最终流过一个象白炽灯或电动机这样的电负载，以这种方式产生电压电流的现象称为光生伏特效应ｐ】。

图１．１表示一个太阳能电池的基本工作情况。

光子被半导体吸收并在此过程中产生荷电载流子：电子和空穴。

它们向“结”扩散，如图１．１所示的Ｐ．ｎ结或其它类型的结扩散，只要它有一个强的内部电场。

电子和空穴被电场分离，从而在外电路中产生电压和电流。

图１．Ｉ在吸收光子的同时，半导体中产生正、负电荷载流子。

这些载流子在ｐ－ｎ结两边聚集并在外电路中引起电流。

图中电流为灯泡提供功率”Ｊ。

当一束光照射Ｎｐ．ｎ结时，短波光子在ｎ区产生电子．空穴对，长波光子在ｐ区产生电子．空穴对，如果所产生的电子．空穴对有足够长的寿命而没仃被复合，那么ｎ区和Ｐ区产生的光生少予各自扩散到ｐ．ｎ结的势垒取区附近，被内电场分离。

在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离丌势垒区，结果使图１．２ＰＥＲＬ太阳电池２．埋栅太阳能电池０３ｃｓｃ）如图１．３所示，采用激光刻槽或机械刻槽。

此种电池的制作工艺省去了复杂的多次光刻和蒸发电极步骤，减少了高温氧化次数，使整个电池制作工艺大大简化；埋栅不仅减小了电极阴影面积，还可减小欧姆接触电阻，是一种可实现产业化的高效电池技术。

我国此种太阳能电池１８ｌ的最高效率１９．５５％。

用双层减反射膜工艺进一步提高高效太阳能电池的效率。

图１．３埋棚太阳能电池单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占扼主导地位，但就总体而言，此种太阳能电池的价格偏高、工艺繁琐，难于实现大规模应用。

化学超声水浴沉积法制备CdSe薄膜及其性能的研究
张志乾;武光明;高德文;朱艳英;曹阳;周洋
【期刊名称】《纳米科技》
【年(卷),期】2012(009)001
【摘要】以CdCl2.2.5H2O为镉源,Na2SeSO3为硒源,柠檬酸钠为络合剂,采用化
学超声水浴沉积法制备了CdSe薄膜,用XRD、UV-Vis、SEM等方法进行表征,结
果表明,所制备的薄膜为n型半导体,在可见光区有一定的吸收,可以获得较好的光电流。

应用化学超声水浴沉积法制备CdSe薄膜的优化条件为：络合剂比例1：1.5、镉与硒浓度比例2.5：1、PH值10、沉积时间2.5h、退火温度350℃。

【总页数】5页(P56-60)
【作者】张志乾;武光明;高德文;朱艳英;曹阳;周洋
【作者单位】^p
【正文语种】中文
【中图分类】O484
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铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池的研制的开题报告一、研究背景随着能源需求的不断增长以及对环境影响的关注，太阳能电池的使用已经成为了可持续能源的一个重要组成部分。

目前，硅基太阳能电池占据了市场的主导地位，但其生产过程中存在能耗高及环境污染等问题。

而铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池由于具有高转换效率、稳定性及相对较低的生产能耗等特点，已经成为了可持续能源领域的研究重点之一。

二、研究目的本项目旨在利用化学溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池，并优化其光电转换性能，最终达到高效率、稳定性的目标。

三、研究内容1. 基础研究：研究CIGS材料的物理性质及制备方法；2. 制备CIGS薄膜太阳能电池：采用化学溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池，并优化其制备工艺；3. 性能评价：测试电池的光电转换效率、稳定性和耐久性等性能指标；4. 优化改进：基于测试结果，对电池结构和制备工艺进行优化改进，以提高电池的性能；5. 应用前景：分析CIGS薄膜太阳能电池在可持续能源领域的应用前景。

四、研究方法1. 通过材料学知识和热力学分析，探究CIGS材料的物理性质；2. 采用化学溶液法制备CIGS薄膜太阳能电池，并通过SEM、TEM 等手段分析其微观结构与晶体结构；3. 利用太阳模拟器、I-V测试仪等设备测试电池的光电转换效率、稳定性和电性能等；4. 分析测试结果，对电池的结构和制备工艺进行优化改进，提高电池的性能；5. 综合分析，探讨CIGS薄膜太阳能电池在可持续能源领域的应用前景。

五、研究意义本项目的研究成果将为CIGS薄膜太阳能电池的制备及其应用领域的进一步研究提供基础性支持，同时还将为可持续能源应用的发展提供新思路。

CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备摘要：CuIn1-xGaxSe2（CIGS）薄膜太阳能电池以其效率高、稳定性强、耐辐射、耗材少等众多优点成为近些年太阳能电池领域的研究热点。

这种电池的性能主要由吸收层 CIGS薄膜的质量决定，目前其主要制备方法有：共蒸发法、金属预置层后硒化法、电沉积法和喷雾高温分解法等，然而由于 CIGS 薄膜结构复杂，结晶成膜要求条件较高，以共蒸发法和金属预制层后硒化法为主的制备方法还存在着各种各样的问题，阻碍了其产业化的进程。

本文利用磁控溅射方法制备了 CIGS 薄膜太阳能电池各层薄膜，研究了溅射的工艺参数以及退火温度对薄膜结构和各种性能的影响。

关键词：CIGS薄膜太阳能电池,磁控溅射,合金靶,固态硒源,硒化1 引言能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据估纠¨，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。

随着全球经济的发展，尤其是中国、印度等新兴国家经济的快速增长，整个世界正在以前所未有的速度消耗自然资源，这也是世界原油、煤炭价格飙升的一种基本因素。

2004年，世界一次能源消费构成中煤炭占27．2％、石油占36．8％、天然气23．7％、水电占6．2％、核电占6．1％；同期中国一次能源消费成中煤炭占69．0％、石油占22．3％、天然气占2．5％、水电占5．4％和核电占O．82％。

随着一次性能源走向枯竭；未来人类将无可选择地依赖太阳能、风能、核能等清洁能源；尤其是取之不尽的太阳能。

正因为如此，即便在成本高企的现状下世界各国政府依然未雨绸缪，在政策上给予大力的支持，推动光伏产业的高速发展。

因此，太阳能光伏发电成为了世界上各种能源中发展最快的能源之一，世界光伏产业在上世纪80年代至90年代中期，年平均年增长率为15％左右。

90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。

1997年世界太阳电池光伏组件生产达122MW(太阳能电池的峰值功率，通常可用Wp表示)，比1996年增长了38％，是4年前的2倍，是7年前的3倍，超过集成电路工业。

2008年1月25日第25卷第1期通信电源技术Telecom Power Technol ogiesJan .25,2008,Vol .25No .1收稿日期:2007209225作者简介:王世成(19812),男,江苏盐城人,北京科技大学硕士研究生,主要研究方向为功能材料,薄膜太阳能电池。

文章编号:100923664(2008)0120066203设计应用C I GS 太阳能电池缓冲层ZnS 薄膜的制备与表征王世成1,杨永刚1,果世驹1,倪沛然2(1.北京科技大学材料学院,北京100083;2.无锡爱芯科微电子有限公司,江苏无锡214028) 摘要:以硫酸锌、(NH 4)2S 2O 3混合溶液为前驱体溶液,加入少量的柠檬酸钠和丙三醇为络合剂和分散剂,采用化学浴沉积法在玻璃衬底上成功制备了表面均匀的ZnS 薄膜。

研究了沉积时间和退火时间对ZnS 薄膜质量的影响,并运用扫描电镜(SE M )、X 射线衍射(XRD )、紫外2可见光光度计对薄膜进行分析和表征。

结果表明:在沉积时间为90m in,退火温度为200℃时制得的薄膜性能较好,晶体结构为纤锌矿结构。

制备的薄膜透过率(λ>400n m )约为80%,薄膜的禁带宽度约为3.75e V 。

通过添加少量的分散剂丙三醇可以改善ZnS 薄膜质量。

退火温度为300℃,薄膜表面形貌均匀致密。

关键词:ZnS 薄膜;化学浴沉积法;X 射线衍射;紫外2可见光光度计中图分类号:T M 341文献标识码:APreparati on and Characterizati on of ZnS Buffer Layers forCu (I n,Ga )Se 2Thin Fil m Solar CellsWANG Shi 2cheng 1,Y ANG Yong 2gang 1,G UO Shi 2ju 1,L I Pei 2ran 2(1.University of Science and Technol ogy,Beijing 100083,China;2.W uxi A sic M icr o Electr onics Co .L td .,W uxi 214028,China )Abstract:ZnS thin fil m s were p repared on glass sides by che m ical bath depositi on (CBD ),using zinc sulfate and (NH 4)2S 2O 3as p recurs or aqueous s oluti ons,a little a mount of s odiu m citrate is used as comp lexing agent and glycer ol as dis perse agent,the surfaces of deposited thin fil m s were homogeneous .The quality of ZnS fil m s f or med at vari ous depositi on ti m es and anneals te m 2peratures is studied .The p r operties of ZnS thin fil m s were investigated by SE M 、XRD 、UV 2V is s pectra .The results of analyses show that α2ZnS structure thin fil m s with better quality can be fabricated at anneal temperature of 200℃and depositi on ti m e of 90m in .Trans m issi on measure ments show that the op tical trans m ittance is about 80%when the wavelength is over 400n m.The band gap (Eg )value of the deposited fil m is about 3.75e V.It is f ound that a little a mount of glycer ol can i m p r ove the quality of ZnS fil m s .ZnS fil m s are unifor m ity and compact when anneal te mperature is 300℃.Key words:ZnS thin fil m s;chem ical bath depositi on (C BD );XRD;UV 2V is s pectra0　引　言ZnS 是具有3.65e V 禁带宽度的本征半导体[1]。

CdS纳米薄膜的水浴法制备与表征-真空电子技术王建波,娄朝刚,张晓兵,雷威(东南大学电子工程系,江苏南京210096)CdS膜(80 nm左右)纤锌矿结构直接带隙材料带隙为2142 eV,作为n型半导体化学水浴法制备的CdS薄膜保证其完整和致密。

玻璃片(15mm@25 mm@0155 mm)依次在稀硫酸溶液、丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10 min。

为分析纯试剂,采用二次去离子水配制,[CdSO4]=0.01mol,[(NH2)2CS]=0.1 mol, [NH3H2O]=1 mol。

沉积时水浴温度控制在60 C,溶液的pH值在8~9之间,沉积时间15 min。

CdS膜的生成原理及化学反应过程可描述为:(1)在碱性水溶液中,若Cd2+,OH-浓度超过Cd(OH)2的溶解度时,则有Cd(OH)2析出;(2)在氨水环境下,水解的Cd(OH)2又形成络合离子Cd(NH3)2+4;(3)氨是一个络合取代基,硫脲(NH2)2CS提供S2 -,所以当Cd2+和S2 -的产率超过CdS的溶解度时,就有CdS形成总的化学反应方程式为:Cd(NH3)2+4+S=C(NH2)2+2OH-yCdS|+CH2N2+4NH3{+2H2O浓度高的溶液(a)中沉积的颗粒更密,薄膜的厚度也就更大(达到微米级),不适合做太阳能电池,因此溶液浓度应控制在(b)的数值附近。

从(c)图中可以看到尽管降低了溶液浓度,但是沉积的CdS晶粒太大,且容易产生CdS沉淀(粉末),导致薄膜的均匀性差。

这可能是溶液中反应速率过快引起的,为了控制反应速率作者考虑滴定的方法。

将硫脲和氨水溶液用滴定管滴加,硫脲每提供一个S原子,马上在溶液中生成一个CdS分子,在合适的温度和搅拌下,还没有凝结成分子团就被沉积在玻璃表面上。

因为CdS不溶于碱,pH值太高也会加快CdS沉淀析出,所以滴加氨水溶液有利于控制反应溶液的pH值始终保持在8~9之间。

滴加硫脲溶液和氨水溶液的时候应该要注意,如果滴加速率过快,还会生成大的CdS颗粒和沉淀,最好让硫脲溶液和氨水溶液滴加多少就反应多少,另外滴加的速率还和搅拌器的搅拌速率有关。