电沉积法制备CIGS薄膜电池工艺研究 项目申请书5184.docx

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1、一、项目背背景及研究究意义进入21世世纪，随着着化石燃料料的消耗进进一步加剧剧，有限的的化石能源源储量与大大量的能源源需求之间间的矛盾日日益加剧。太太阳能作为为一种清洁洁，可再生生的一次能能源，得到到了人们的的关注与研研究。太阳阳能电池技技术正是在在这种情况况下，作为为一种有效效利用太阳阳能的手段段而出现并并发展起来来的。太阳能电池池是通过光光电效应或或者光化学学效应直接接把光能转转化成电能能的装置。根根据材料的的不同，太太阳能电池池可以分为为：1、晶晶体硅太阳阳能电池；2、硅硅基薄膜太太阳能电池池；3、化化合物半导导体薄膜太太阳能电池池4纳米薄薄膜太阳能能电池。不不论以何种种要求来制制作太阳

2、能能电池，对对太阳能电电池材料的的一般要求求有：1、半半导体材料料的禁带不不能太宽；2、要有有较高的光光电转换效效率；3、材材料本身对对环境不造造成污染；4、材料料便于工业业生产且材材料性能稳稳定。在传统太阳阳能电池材材料中，单单晶硅太阳阳能电池转转换效率最最高， 技技术也最为为成熟,电电池转化效效率可达23%。由于单晶硅硅太阳能电电池的高转转换效率，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

3、电池的出出现很早，但但由于光电电转换效率率低、衰减减率（光致致衰退率）较较高等问题题，前些年年未引起业业界的足够够关注，市市场占有率率很低。随随着其技术术的不断进进步，光电电转换效率率得到迅速速提高，虽虽然仍然与与晶体硅电电池相比有有很大差距距，但其用用料少、工工艺简单、能能耗低，成成本有一定定优势，越越来越被业业界所接受受。 近年来一种种既具有高高转化效率率，又具有有比较低的的制作成本本，的化合合物薄膜电电池材料得得到了研究究和应用，这这种电池就就是以铜铟铟镓硒为吸吸收层的薄薄膜太阳能能电池，简简称为CIIGS电池池。其典型型结构为:Glasss/Moo/CIGGS/ZnnS/ZnnO/ZA

4、AO/MggF2。CIGS电电池具有性性能稳定、抗抗辐射能力力强等优势势，转化率率接近于晶晶体硅太阳阳能电池的的转换效率率，成本却却是其1/3。相对对于已有的的硅薄膜太太阳能电池池，CIGGS还具有有一下有点点：1、CCIGS的的薄膜晶体体结构和化化学键更稳稳定，而且且未发现光光致衰退效效应，因而而其寿命更更长；2、CCIGS可可以在玻璃璃基板上形形成缺陷少少，高品质质的大晶粒粒，而且CCIGS在在薄膜太阳阳能电池的的制作过程程中不存在在污染性化化学物质。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的制制备方法主主要为真空空蒸发法、溅溅

5、射法和电电沉积法。真真空蒸发法法较为传统统的方法，在在制作过程程中能有效效的控制薄薄膜成分。电电沉积法是是一种低温温沉积法，且且是一种最最具有潜力力的低成本本制备CIIGS先驱驱薄膜的方方法，在制制备过程中中可以有效效控制薄膜膜厚度、化化学组结构构及孔隙率率，而且设设备投资少少、原材料料利用率高高、工艺简简单、易于于操，但要要通过该方方法制备理理想的具有有复杂组成成的薄膜材材料较为困困难。溅射射法一般通通过溅射CCuIn和和CuGaa合金薄膜膜预制层，然然后硒化制制得。目前一些发发达国家对对CIGSS薄膜太阳阳能电池已已经非常重重视，投入入了大量资资金进行研研究，尤其其是日本、美美国、德国国的

6、研究水水平已处于于世界领先先，并已经经达到实际际生产水平平，且性能能和品质也也在不断提提高。美国国可再生的的能源实验验室制备的的小面积CCIGS太太阳能电池池的最高光光转化效率率已经达到到19.22%。日本本昭和壳牌牌室友公司司已经完成成技术开发发，并建设设了10-20MWW级生产线线。中国作作为一个能能源消耗大大国，应该该加快对CCIGS薄薄膜太阳能能电池的研研究步伐，利利用这一性性能优越的的太阳能电电池材料，缓缓解能源压压力，并降降低太阳能能电池制作作和销毁过过程中对环环境的影响响。二、项目研研究目标和和研究内容容研究目标1. 采用低温电电沉积制备备出金属比比率已确定定的先驱体体，再在高高

7、温下对先先驱体进行行硒化或热热处理，得得到质量较较高的CIIGS薄膜膜电池。2. 探索最优化化的CIGGS薄膜电电池的制备备工艺参数数，明确合合成工艺参参数对合成成产物，电电学性能的的影响。3. 在制备CIIGS薄膜膜的过程中中，探索GGa元素含含量对电池池的光电转转化率的影影响，期望望得到更高高的光电转转化率。研究内容1. 在水溶液中中电沉积法法制备Cuu-In-Ga-SSe前驱体体薄膜的电电化学过程程进行分析析。2. 通过XRDD分析不同同沉积电压压、络合剂剂柠檬酸钠钠浓度、离离子配比浓浓度对电沉沉积Cu-In-GGa-See前驱体薄薄膜的影响响。3. 总结其影响响规律为电电沉积参数数调整

8、提供供依据，设设计沉积参参数，以柠柠檬酸钠为为络合剂制制备Cu-In-GGa-See前驱体薄薄膜。4. 利用XRDD，SEMM，EDAAX等微观观分析手段段，对CIIGS薄膜膜的结构，组组成，表面面形貌进行行分析三、项目研研究的实施施方案及拟拟采取的研研究方法和和技术路线线研究方法1钼和不锈锈钢薄片的的表面处理理其表面处理理过程如下下：2CIGSS前驱体薄薄膜前驱体体的电沉积积制备实验采用简简单的二电电极直流电电源系统，以以铂网为阳阳极，钼或或不锈钢薄薄片为阴极极，以00120025MM氯化铜、000250125MM三氯化铟铟、O0250125MM亚硒酸、00025025M三氯氯化镓(硝酸镓)

9、的溶液为为电沉积液液，在不搅搅拌的情况况下一步恒恒电压沉积积，沉积时时间为100min，沉沉积得到的的前驱体用用N2气吹干干。3 CIGGS前驱体体薄膜的热热处理电沉积获得得的CIGGS前驱体体薄膜放入入管式炉中中，在Arr气保护气气氛下，以以10每分钟的的升温速度度升温至4450并保温300min，保保温结束后后切断电源源，随炉自自然慢冷；冷却到低低于50时，关闭闭Ar气，开开炉取样。4 薄膜的的性能测试试4.1薄膜膜的X射线衍射射物相分析析XRD衍射射仪对电沉沉积制备的的CIGS4.2薄膜膜的SEMM分析采用SEMM技术对CIIGS薄膜膜的形貌、粒粒度大小及及其分布情情况进行分分析表征4.

10、3薄膜膜的成分分分析采用EDAAX技术测测定ClGGS薄膜的的组成元素素分布和均均匀性，结结合电镜形形貌较准确确的判定相相关微区结结构的成分分，通过计计算获得各各组成成分分的相对含含量。5 分析薄薄膜物相组组成的影响响因素5.1沉积积的电压的的影响5.2柠檬檬酸钠浓度度的影响5.3离子子的浓度配配比的影响响6 总结其其影响规律律，为电沉沉积参数调调整提供依依据技术路线四、项目研研究基础和和项目的可可行性分析析CIGS薄薄膜电池的的电沉积法法是一种低低温沉积法法，且是一一种最具有有潜力的低低成本制备备CIGSS先驱薄膜膜的方法，在在制备过程程中可以有有效控制薄薄膜厚度、化化学组结构构及孔隙率率，

11、而且设设备投资少少、原材料料利用率高高、工艺简简单、易于于操作，但要通通过该方法法制备理想想的具有复复杂组成的的薄膜材料料较为困难难。而本文文就是要着着手解决不不同沉积电电压、络合合剂柠檬酸酸钠浓度、离离子配比浓浓度对电沉沉积Cu-n-GGa-See前驱体薄薄膜的影响响，以期制制得最优化化参数的电电沉积CIIGS前驱驱体薄膜。由于电沉积积CIGSS前驱体薄薄膜已有较较为丰富的的理论支持持和所需设设备相对简简单，技术术路线采用用闭路反馈馈方式研究究，思路清清晰，实际际实施前景景明朗，具具有重要的的研究和开开发价值。五、本项目目的创新之之处（500字以内）1. 采用低温非非真空镀膜膜法，降低低了成

12、本、能能耗和设备备要求。2. 采用一步电电沉积法，生生产效率高高，制备流流程短。3. 基体材料可可使用柔性性材料，应应用范围广广泛。六、项目预预期成果：通过本论文文工作阶段段的研究，采采用的低温温电沉积法法，制备CCIGS薄薄膜先驱体体，再在高高温下对其其进行硒化化或热处理理得到最终终的CIGGS薄膜电电池，探索索性能最优优的CIGGS薄膜电电池的制备备工艺参数数，建立材材料制备工工艺，结构构和电学性性能之间的的关系，对对其进行改改性研究，以以期得到更更好性能的的太阳能电电池。八、参考文文献【1】郭杏杏元等，CCIGS薄薄膜太阳能能电池吸收收层制备工工艺综述，真真空与低温温 20008 144

13、，p1225-1333【2】 张张晓科等，CCIGS太太阳能电池池的低成本本制备工艺艺，电源技技术 20005 229，p8849-8852【3】 白白利锋等，电电沉积铜铟铟镓硒太阳阳能电池的的研究进展展，材料导导报 20010 224，p2256-2258【4】 李李建军等，CCIS(CCIGS)太阳能电电池研究进进展，能源源技术 22005 26，pp164-167【5】李建建军，CIIGS太阳阳电池材料料电沉积法法制备过程程研究，桂桂林工学院院硕士学位位论文，22006 4【6】庞来来学等，薄薄膜太阳电电池CIGGS吸收层层低成本制制备- 电沉积积工艺研究究，陶瓷学学报 20010 331，p5523-5528【7】吴世世彪等，电电沉积法制制备CIGGS薄膜的的工艺研究究，安徽化化工 20007 331 p332-344【8】武汉汉市十一一五科技技发展规划划纲要