电沉积法制备CIGS薄膜电池工艺研究 项目申请书17370.docx

一、项目背背景及研研究意义义进入21世世纪，随随着化石石燃料的的消耗进进一步加加剧，有有限的化化石能源源储量与与大量的的能源需需求之间间的矛盾盾日益加加剧。太太阳能作作为一种种清洁，可可再生的的一次能能源，得得到了人人们的关关注与研研究。太太阳能电电池技术术正是在在这种情情况下，作作为一种种有效利利用太阳阳能的手手段而出出现并发发展起来来的。太阳能电池池是通过过光电效效应或者者光化学学效应直直接把光光能转化化成电能能的装置置。根据据材料的的不同，太太阳能电电池可以以分为：1、晶晶体硅太太阳能电电池；2、硅硅基薄膜膜太阳能能电池；3、化化合物半半导体薄薄膜太阳阳能电池池4纳米米薄膜太太阳能电电池。不不论以何何种要求求来制作作太阳能能电池，对对太阳能能电池材材料的一一般要求求有：11、半导导体材料料的禁带带不能太太宽；22、要有有较高的的光电转转换效率率；3、材材料本身身对环境境不造成成污染；4、材材料便于于工业生生产且材材料性能能稳定。在传统太阳阳能电池池材料中中，单晶晶硅太阳阳能电池池转换效效率最高高， 技技术也最最为成熟熟,电池池转化效效率可达达23%。由于于单晶硅硅太阳能能电池的的高转换换效率，其在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，薄膜太阳能电池日益得到重视与发展。薄膜太阳能能电池的的出现很很早，但但由于光光电转换换效率低低、衰减减率（光光致衰退退率）较较高等问问题，前前些年未未引起业业界的足足够关注注，市场场占有率率很低。随随着其技技术的不不断进步步，光电电转换效效率得到到迅速提提高，虽虽然仍然然与晶体体硅电池池相比有有很大差差距，但但其用料料少、工工艺简单单、能耗耗低，成成本有一一定优势势，越来来越被业业界所接接受。 近年来一种种既具有有高转化化效率，又又具有比比较低的的制作成成本，的的化合物物薄膜电电池材料料得到了了研究和和应用，这这种电池池就是以以铜铟镓镓硒为吸吸收层的的薄膜太太阳能电电池，简简称为CCIGSS电池。其其典型结结构为:Glaass/Mo/CIGGS/ZZnS/ZnOO/ZAAO/MMgF22。CIGS电电池具有有性能稳稳定、抗抗辐射能能力强等等优势，转化率接近于晶体硅太阳能电池的转换效率，成本却是其1/3。相对于已有的硅薄膜太阳能电池，CIGS还具有一下有点：1、CIGS的薄膜晶体结构和化学键更稳定，而且未发现光致衰退效应，因而其寿命更长；2、CIGS可以在玻璃基板上形成缺陷少，高品质的大晶粒，而且CIGS在薄膜太阳能电池的制作过程中不存在污染性化学物质。正是因为性能优异，CIGS电池被国际上称为下一代的廉价太阳能电池，具有广阔的市场前景。目前，CIIGS的的制备方方法主要要为真空空蒸发法法、溅射射法和电电沉积法法。真空空蒸发法法较为传传统的方方法，在在制作过过程中能能有效的的控制薄薄膜成分分。电沉沉积法是是一种低低温沉积积法，且且是一种种最具有有潜力的的低成本本制备CCIGSS先驱薄薄膜的方方法，在在制备过过程中可可以有效效控制薄薄膜厚度度、化学学组结构构及孔隙隙率，而而且设备备投资少少、原材材料利用用率高、工工艺简单单、易于于操，但但要通过过该方法法制备理理想的具具有复杂杂组成的的薄膜材材料较为为困难。溅溅射法一一般通过过溅射CCuInn和CuuGa合合金薄膜膜预制层层，然后后硒化制制得。目前一些发发达国家家对CIIGS薄薄膜太阳阳能电池池已经非非常重视视，投入入了大量量资金进进行研究究，尤其其是日本本、美国国、德国国的研究究水平已已处于世世界领先先，并已已经达到到实际生生产水平平，且性性能和品品质也在在不断提提高。美美国可再再生的能能源实验验室制备备的小面面积CIIGS太太阳能电电池的最最高光转转化效率率已经达达到199.2%。日本本昭和壳壳牌室友友公司已已经完成成技术开开发，并并建设了了10-20MMW级生生产线。中中国作为为一个能能源消耗耗大国，应应该加快快对CIIGS薄薄膜太阳阳能电池池的研究究步伐，利利用这一一性能优优越的太太阳能电电池材料料，缓解解能源压压力，并并降低太太阳能电电池制作作和销毁毁过程中中对环境境的影响响。二、项目研研究目标标和研究究内容研究目标1. 采用低温电电沉积制制备出金金属比率率已确定定的先驱驱体，再再在高温温下对先先驱体进进行硒化化或热处处理，得得到质量量较高的的CIGGS薄膜膜电池。2. 探索最优化化的CIIGS薄薄膜电池池的制备备工艺参参数，明明确合成成工艺参参数对合合成产物物，电学学性能的的影响。3. 在制备CIIGS薄薄膜的过过程中，探探索Gaa元素含含量对电电池的光光电转化化率的影影响，期期望得到到更高的的光电转转化率。研究内容1. 在水溶液中中电沉积积法制备备Cu-In-Ga-Se前前驱体薄薄膜的电电化学过过程进行行分析。2. 通过XRDD分析不不同沉积积电压、络络合剂柠柠檬酸钠钠浓度、离离子配比比浓度对对电沉积积Cu-In-Ga-Se前前驱体薄薄膜的影影响。3. 总结其影响响规律为为电沉积积参数调调整提供供依据，设设计沉积积参数，以以柠檬酸酸钠为络络合剂制制备Cuu-Inn-Gaa-See前驱体体薄膜。4. 利用XRDD，SEEM，EEDAXX等微观观分析手手段，对对CIGGS薄膜膜的结构构，组成成，表面面形貌进进行分析析三、项目研研究的实实施方案案及拟采采取的研研究方法法和技术术路线研究方法1钼和不锈锈钢薄片片的表面面处理其表面处理理过程如如下：2CIGSS前驱体体薄膜前前驱体的的电沉积积制备实验采用简简单的二二电极直直流电源源系统，以以铂网为为阳极，钼钼或不锈锈钢薄片片为阴极极，以00012200255M氯化化铜、00025501255M三氯氯化铟、O0250125M亚硒酸、0025025M三氯化镓(硝酸镓)的溶液为电沉积液，在不搅拌的情况下一步恒电压沉积，沉积时间为10min，沉积得到的前驱体用N2气吹干。3 CIGGS前驱驱体薄膜膜的热处处理电沉积获得得的CIIGS前前驱体薄薄膜放入入管式炉炉中，在在Ar气保保护气氛氛下，以以10每分钟钟的升温温速度升升温至4450并保温温30mmin，保保温结束束后切断断电源，随随炉自然然慢冷；冷却到到低于550时，关关闭Arr气，开开炉取样样。4 薄膜的的性能测测试4.1薄膜膜的X射线衍衍射物相相分析XRD衍射射仪对电电沉积制制备的CCIGS4.2薄膜膜的SEEM分析析采用SEMM技术对对CIGGS薄膜膜的形貌貌、粒度度大小及及其分布布情况进进行分析析表征4.3薄膜膜的成分分分析采用EDAAX技术术测定CClGSS薄膜的的组成元元素分布布和均匀匀性，结结合电镜镜形貌较较准确的的判定相相关微区区结构的的成分，通通过计算算获得各各组成成成分的相相对含量量。5 分析薄薄膜物相相组成的的影响因因素5.1沉积积的电压压的影响响5.2柠檬檬酸钠浓浓度的影影响5.3离子子的浓度度配比的的影响6 总结其其影响规规律，为为电沉积积参数调调整提供供依据技术路线四、项目研研究基础础和项目目的可行行性分析析CIGS薄薄膜电池池的电沉沉积法是是一种低低温沉积积法，且且是一种种最具有有潜力的的低成本本制备CCIGSS先驱薄薄膜的方方法，在在制备过过程中可可以有效效控制薄薄膜厚度度、化学学组结构构及孔隙隙率，而而且设备备投资少少、原材材料利用用率高、工工艺简单单、易于于操作，但要要通过该该方法制制备理想想的具有有复杂组组成的薄薄膜材料料较为困困难。而而本文就就是要着着手解决决不同沉沉积电压压、络合合剂柠檬檬酸钠浓浓度、离离子配比比浓度对对电沉积积Cu-n-Ga-Se前驱驱体薄膜膜的影响响，以期期制得最最优化参参数的电电沉积CCIGSS前驱体体薄膜。由于电沉积积CIGGS前驱驱体薄膜膜已有较较为丰富富的理论论支持和和所需设设备相对对简单，技技术路线线采用闭闭路反馈馈方式研研究，思思路清晰晰，实际际实施前前景明朗朗，具有有重要的的研究和和开发价价值。五、本项目目的创新新之处（550字以以内）1. 采用低温非非真空镀镀膜法，降降低了成成本、能能耗和设设备要求求。2. 采用一步电电沉积法法，生产产效率高高，制备备流程短短。3. 基体材料可可使用柔柔性材料料，应用用范围广广泛。六、项目预预期成果果：通过本论文文工作阶阶段的研研究，采采用的低低温电沉沉积法，制制备CIIGS薄薄膜先驱驱体，再再在高温温下对其其进行硒硒化或热热处理得得到最终终的CIIGS薄薄膜电池池，探索索性能最最优的CCIGSS薄膜电电池的制制备工艺艺参数，建建立材料料制备工工艺，结结构和电电学性能能之间的的关系，对对其进行行改性研研究，以以期得到到更好性性能的太太阳能电电池。八、参考文文献【1】郭杏杏元等，CIGS薄膜太阳能电池吸收层制备工艺综述，真空与低温 2008 14，p125-133【2】 张张晓科等等，CIIGS太太阳能电电池的低低成本制制备工艺艺，电源源技术 20005 229，pp8499-8552【3】 白白利锋等等，电沉沉积铜铟铟镓硒太太阳能电电池的研研究进展展，材料料导报 20110 224，pp2566-2558【4】 李李建军等等，CIIS(CCIGSS)太阳阳能电池池研究进进展，能能源技术术 20005 26，pp1644-1667【5】李建建军，CCIGSS太阳电电池材料料电沉积积法制备备过程研研究，桂桂林工学学院硕士士学位论论文，220066 4【6】庞来来学等，薄薄膜太阳阳电池CCIGSS吸收层层低成本本制备- 电沉沉积工艺艺研究，陶陶瓷学报报 20010 31，pp5233-5228【7】吴世世彪等，电电沉积法法制备CCIGSS薄膜的的工艺研研究，安安徽化工工 20007 31 p322-344【8】武汉汉市"十十一五""科技发发展规划划纲要