Optimal fabrication processes for high-efficiency chalcopyrite thin-film solar-cells

高效黄铜矿薄膜太阳能电池的最佳制造工艺

基本信息

  • 批准号:
    14350161
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 9.79万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2002 至 2004
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The purpose of the present research work is to improve the performance of a chalcopyrite thin-film solar cell and the adhesion of the film to a Mo-coated soda lime glass substrate. The results of our investigation are summarized as follows.In the first step of sulfurization, we prepared a CuGaS_2 thin film on the substrate, where the Cu to Ga ratio of a vacuum-evaporated metallic precursor was equal to 1.0. In the second step, an optical absorber layer of CulnS_2 was prepared on it by sulfurization of a stacked precursor layer consisting of Cu/In. The Cu to In ratio was varied from 1.3 to 2.3. When the ratio is larger than 1.7, the cell exhibited a large short-circuit current density. This is considered to be due to the presence of Cu_xS quantum dots formed in the absorber layer. Solar cells with efficiency up to 11% was obtained using a Cu to In ratio between 1.7 and 2.1.Using a precursor consisting of vacuum-evaporated GaS, In and Cu, we prepared a Cu(In,Ga)S_2 thin film. A high efficiency solar cell was obtained with the GaS thickness of 40nm and the Cu/In ratio of 1.2. When the GaS is made thicker, inhomogeneous distribution of In prevails, eventually leading to an inefficient solar cell. The performance of the best cell was as follows : open circuit voltage is 673mV, short circuit current density 22.7mA/cm2, fill factor 0.61 and efficiency 10.8%.Adhesion of the chalcopyrite film to the substrate was improved by incorporation of Al into the absorber layer. Even if the Cu/(In+Al) ratio of a sputtered metallic precursor is increased to 2.7, peeling of the film was not observed. A CuAlS_2 thin layer was obtained by sulfurization in a closed quartz ampoule as a first chalcopyrite, The layer exhibited p-type conductivity, resistivity higher than 60 Ωcm and energy bandgap of 3.5eV.
本研究工作的目的是提高辣椒薄膜太阳能电池的性能,并改善膜对Mo涂层的苏打水液体玻璃底物的胶粘剂。我们的研究结果总结如下。在硫化的第一步中,我们在底物上制备了CUGAS_2薄膜,在底物上,真空蒸发的金属前体的Cu与GA比等于1.0。在第二步中,Culns_2的光吸收层是通过由Cu/in组成的堆叠前体层的硫化来制备的。铜与比率从1.3到2.3不等。当比率大于1.7时,细胞暴露了较大的短路电流密度。这被认为是由于吸收层中形成的cu_xs量子点的存在。使用CU与1.7至2.1之间的Cu比率获得了效率高达11%的太阳能电池。使用真空蒸发的气体组成的前体和Cu,我们制备了Cu(in,GA)S_2薄膜。以40nm的气体厚度和1.2的CU/为1.2,获得了高效率太阳能电池。当气体变厚时,盛行中的不均匀分布,最终导致太阳能电池效率低下。最佳电池的性能如下:开路电压为673mV,短路电流密度22.7mA/cm2,填充因子0.61和效率10.8%。将辣椒层膜粘附到底物上,通过将Al掺入吸收板层来改善。即使溅射金属前体的Cu/(以+Al)比增加到2.7,也没有观察到膜的剥离。通过在封闭的石英安培中硫化作为第一个辣椒岩,层暴露的p型电导率,高于60ΩCM的电阻率和3.5ev的能量带隙。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
H.Goto, Y.Hashimoto, K.Ito: "Efficient thin film solar cell consisting of TCO/CdS/CuInS_2/CuGaS_2 structure"Thin Solid Films. 451-452. 552-555 (2004)
H.Goto、Y.Hashimoto、K.Ito:“由 TCO/CdS/CuInS_2/CuGaS_2 结构组成的高效薄膜太阳能电池”固体薄膜。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
(Zn,In)Sx alloy buffer for CuInS_2 solar cells
用于 CuInS_2 太阳能电池的 (Zn,In)Sx 合金缓冲层
Y.Onuma, et al.: "Cross-sectional analysis of CuInS_2 thin film prepared by electroplated precursor"Jpn.J.Appl.Phys.. 43・1. L108-L110 (2004)
Y.Onuma等人:“电镀前驱体制备的CuInS_2薄膜的截面分析”Jpn.J.Appl.Phys.43·1(2004)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Efficient thin film solar cell consisting of TCO/CdS/CuInS_2/CuGaS_2 structure
TCO/CdS/CuInS_2/CuGaS_2结构组成的高效薄膜太阳能电池
  • DOI:
  • 发表时间:
    2004
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    H.Goto;Y.Hashimoto;K.Ito
  • 通讯作者:
    K.Ito
Cross-sectional analysis of CuInS_2 thin film prepared by electroplated precursor
电镀前驱体制备CuInS_2薄膜的截面分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2004
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Y.Onuma;Y.Hashimoto;K.Ito;et al.
  • 通讯作者:
    et al.
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