CdS,ZnO1-xSx电子结构和光学特性的第一性原理研究

 采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)的PBE平面波超软赝势方法,研究了闪锌矿型CdS和ZnO_1-xS_x(x=0,0.25,0.5,0.75,1)的电子结构和光学特性.计算并分析了闪锌矿型CdS和ZnO_1-xS_x的复介电函数、光电导率、吸收系数和损失函数.研究结果表明,闪锌矿型CdS和ZnO_1-xS_x(x=0,0.25,0.5,0.75,1)均为直接带隙半导体材料.ZnO中一定浓度的硫掺杂,导致带隙宽度变窄,而晶格常数随掺杂基本呈线性变化.就目前制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池普遍使用CdS缓冲层而言,ZnO_1-xS_x具有与CdS类似的电子结构,但光学特性上高频特性有明显改善.这些特性对于改善电池吸收层表面性能和光吸收特性、制备高效CIGS薄膜太阳能电池非常有利.     

X射线荧光光谱法用于CIGS薄膜太阳电池中吸收层的定量分析

介绍了X荧光薄膜分析法测试CIGS薄膜太阳电池中吸收层的4种元素的比例,并对其进行了分析和研究,此方法测量速度快,精确度高,对于制备高效率的CIGS太阳电池具有重要的指导意义。     

薄膜太阳能电池再循环的经济可行性研究——以山东省为例

以山东省为例, 按照世界自然基金会(WWF)的中国8760电网模型和山东省太阳能消费需求潜力, 设置2050 年山东省太阳能光伏电池装机总量和空间分布的情景分析模型。在此基础上, 根据铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的物质流构成, 计算实现材料再循环的成本收益, 并评估3种情景下实现资源回收和再循环的经济可行性。1) 规模经济情景: 按照运输成本最小化假设, 全省建立一家集中循环处理设施; 2) 市场导向情景: 在人口最密集的两个大都市区(济南和青岛)附近建立集中循环处理设施; 3) 生产者责任延伸情景: 由6家铜铟镓硒生产企业利用生产区位提供循环处理设施。结果表明, 生产者责任延伸情景具有最佳的成本收益结果, 由此进一步探讨生产者责任延伸制度对再生能源技术方向和基础设施发展的意义。     

工作气压对溅射沉积铜铟镓硒薄膜形态和光学性能的影响

采用射频磁控溅射法,通过直接溅射铜铟镓硒四元合金靶在镀有Mo背电极的soda-lime玻璃衬底上获得铜铟镓硒(CIGS)薄膜.利用X线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和X线能量色散谱仪(energy dispersive X-ray spectroscopy,EDS)研究薄膜的结构、表面形貌和组织成分的变化,并通过紫外-可见分光光度计(ultraviolet and visible spectrophotometer,UV/VIS)获得薄膜的透过率光谱,研究不同工作气压对CIGS薄膜晶体结构、表面形貌和光学性能的影响.实验结果表明:在工作气压为0.8 Pa时制得的薄膜表面均匀致密,可见光范围内透光率接近于零,nCu/nIn+Ga=0.83,nGa/nIn+Ga=0.3,nSe/nCu+In+Ga=1,证明溅射所得CIGS吸收层薄膜的性能接近高效吸收层的要求.     

从三元黄铜矿结构CuM（M=In,Ga）X2（X=Se,S）到CuIn0.5Ga0.5Se2的价电构、熔点和光电性能的关联性分析

应用＂固体与分子经验电子理论＂（Empirical Electron Theory,EET）系统地研究了三元黄铜矿结构CIGS的价电子结构,以此为基础分析了CIGS（Cu（In,Ga）（Se,S）2）的熔点和光吸收性质.计算结果和实验值符合的很好,计算得到Cu的3d电子与In,Ga的s电子杂化后的跃迁可以使CIGS吸收光子.CuInSe2的禁带宽度在1–1.16eV之间,CuGaSe2的禁带宽度在1.54–1.74eV之间,CuInS2的禁带宽度在1.4–1.61eV之间,CuGaS2的禁带宽度在2.36–2.44eV之间.用球磨、退火的方法得到CuIn0.5Ga0.5Se2单相,通过XRD得到晶体结构,差热分析得到熔点.根据晶体结构和熔点,用EET计算得出CuIn0.5Ga0.5Se2吸收光子的能量主要分布在1.17–1.56eV之间,禁带宽度接近较小值.黄铜矿结构的CIGS都可以吸收紫外光,其中CuInSe2的吸收效率最高,主要吸收峰在紫外区,CuGaSe2吸收紫外光的效率最低.     

Preparation of Cu（In,Ga）Se2 thin film by sputtering from Cu（In,Ga）Se2 quaternary target

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin films were prepared by directly sputtering Cu(In,Ga)Se2 quaternary target consisting of Cu:In:Ga:Se 25:17.5:7.5:50 at%. The composition and structure of CIGS layers have been investigated after annealing at 550 ℃ under vacuum and a Se-containing atmosphere. The results show that recrystallization of the CIGS thin film occurs and a chalcopyrite structure with a preferred orientation in the (112) direction was obtained. The CIGS thin film annealed under vacuum exhibits a loss of a portion of Se, while the film annealed under Se-containing atmosphere reveals compensation of Se. Several solar cells with three different absorber thicknesses were fabricated using a soda lime glass/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/ZnO:Al/Al grid stack structure. The highest conversion efficiency of 9.65% with an open circuit voltage of 452.42 mV, short circuit current density of 32.16 mA cm2 and fill factor of 66.32% was obtained on a 0.755 cm2 cell area.     

CIGS薄膜材料研究进展

CIGS薄膜太阳电池具有低成本、高效率、性能稳定等优点,是最有发展前途的太阳能电池之一,受到了广泛关注．阐述了CI（G）S材料特性,分别介绍了多种制备方法,其中着重介绍共蒸发三步法这一制备小面积高效率电池的通用方法和在产业化生产中更理想的溅射后硒化法．     

电子束蒸发制备的ZnS薄膜的物相结构和光学性能

用电子束蒸发法在不同衬底温度下制备了厚度为100nm左右的ZnS薄膜,利用X射线衍射(XRD)、紫外—可见光分光光度计(UV-vis Spectrophotometer)研究了ZnS薄膜的晶体结构、光学性能,分析了衬底温度对ZnS薄膜结构与光学特性的影响.结果表明:不同衬底温度下制备的ZnS薄膜均具有闪锌矿结构(111)面择优取向生长的特征;衬底温度为200℃时制备的ZnS薄膜的(111)晶面衍射峰最强,半高宽最小,晶粒最大;制备的ZnS薄膜对可见光有良好的透过性,由于量子尺寸效应,电子束蒸发制备的ZnS薄膜光学带隙大于ZnS粉末的带隙.     

薄膜太阳电池的研究现状与发展趋势

笔者主要对目前薄膜电池研究和产业化的主流技术进行论述,包括硅基薄膜太阳电池、碲化镉与铜铟镓硒等化合物薄膜太阳电池、以及染料敏化电池等,对每种技术分别从国内外研究现状以及产业化状况进行介绍。     

CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的研究及其发展

本论述简要介绍了CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的发展,重点阐述了CdS和ZnS缓冲层的研究现状,指出缓冲层的制备工艺上以化学水浴法居多,从成膜机理到工艺参数的优化都做了充分的研究,对真空蒸发法的制备工艺研究则相对较少,而且大部分都集中在蒸发温度、衬底温度和沉积温度对薄膜性能的影响上。最后指出了发展过程中遇到的两个问题：一Cd对环境的污染,二化学水浴法不利于工业化大生产。