DMF溶液法制备高效铜铟镓硒薄膜太阳能电池:富铜吸光材料的碱金属离子掺杂和表面后处理研究
批准号:
22075150
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
辛颢
依托单位:
学科分类:
光能源化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
辛颢
中文摘要
低成本高效光伏技术是实现能源结构向低碳方向转型的关键。铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池稳定性好、效率高、可柔性,是有望实现大规模应用的薄膜太阳能技术之一。然而目前商业化的CIGS电池的吸光层材料皆由真空法制备,无法充分发挥薄膜太阳能电池低成本优势;同时,理论研究表明富铜条件下制备的CIGS结晶度高,缺陷浓度低,具有更优异的光伏性能,这一点通过真空法还未能实现。本项目拟通过溶液法制备富铜CIGS薄膜实现低成本高效CIGS电池。将以二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂、简单金属盐为前驱体化合物制备溶液和富铜CIGS薄膜,系统研究碱金属(Li, Na, K, Rb, Cs)离子掺杂和表面后处理(PDT)对富铜CIGS的组成、结晶性、缺陷态、晶界、表面性质和电池性能的影响及其作用机制。这些新策略有望将溶液法制备的CIGS电池效率提高到新的水平。
英文摘要
Low-cost and highly efficient photovoltaic is the key to realize the transition from fossil energy to clean energy. Copper indium gallium selenium thin film solar cells (CIGS) are one of the most promising technology to this goal due to their stability, high efficiency and flexibility. However, the current commercial CIGS solar cells are all fabricated from vacuum based methods, which cannot take full advantages of the thin film technology. In addition, theoretical calculation shows that Cu-rich CIGS contains less defects and has greatly potential to achieve better device efficiency than Cu-poor absorber, which has not been realized in vacuum based absorbers. In this project, we propose to explore new strategies to realize low-cost and highly efficient CIGS thin film solar cell by using solution processing to fabricate Cu-rich CIGS absorbers. We will systematically investigate the effect of alkali metal (Li, Na, K, Rb, Cs) doping and post-deposition treatment (PDT) on the composition, crystallinity, defects, grain boundaries, surface and junction property of Cu-rich absorber and the mechanism how the doping and PDT affect the device photovoltaic performance. These new strategies are expected to push the efficiency of solution processed CIGS solar cell to a new stage.
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池稳定性好、效率高、可柔性,是有望大规模应用的薄膜太阳能技术之一。目前商业化的CIGS电池皆由真空法制备,成本高,导致市场占有率低。寻求低成本CIGS薄膜制备技术并探索提高电池效率的新策略,对实现CIGS电池大规模应用至关重要。理论计算表明在富铜(Cu/(In+Ga)≥1)条件下制备的CIGS薄膜缺陷少,载流子寿命长,器件性能更高;然而富铜条件下Cu2-xSe杂质会存在于薄膜的表面和晶界,形成载流子复合中心甚至电荷分流路径,导致器件效率低下。本项目采用前驱体溶液法在富铜条件下制备CIGS薄膜材料,研究CIGS的晶粒生长机制,碱金属离子掺杂、后处理(PDT)策略对CIGS薄膜结晶质量、形貌、缺陷等物理光/电性质,异质结性质,器件性能的影响规律与作用机制。.研究探明溶液法制备CIGS薄膜的晶粒生长机制;即CuInS2前驱体薄膜采用直接相变晶粒生长机制,避免Cu2−xSe形成,制备出对Cu/In比(0.9-1.05)高耐受性,接近化学计量组成的高质量CISSe薄膜。探明碱金属离子掺杂对晶粒生长的作用;碱金属掺杂在硒化过程中形成低熔点碱金属硒化物,促进CISSe晶粒生长,改善结晶形貌,降低吸光膜的体/表面的缺陷,从而减少体/界面的复合,提高器件性能。研究厘清了PDT策略对CIGS薄膜表面形貌、表面缺陷、异质结界面复合、器件性能的作用效果与机制;等离子体处理Mo基底改善表面浸润性,促进致密CIGS薄膜的形成,抑制Se渗透,减小高阻MoSe2厚度,降低背界面的载流子复合,提升器件性能;(NH4)2S处理CIGS表面可除去晶界处的Cu2-xSe杂质;碱金属处理CIGS表面后形貌未发生变化;热处理CIGS/CdS异质结导致界面复合的增加,器件性能下降;光照处理CIGS/Zn(S,O)异质结可减少界面缺陷,改善能带适配,显著提高器件性能。进一步采用两步退火的刮涂工艺,并在前驱体溶液中引入醋酸根离子预先构建多分子网状结构,改善薄膜的相纯度和结晶性,将CIGS电池效率提高到18%以上。该结果超过了肼溶剂制备的CIGS电池纪录效率,有望实现与真空法制备CIGS电池相媲美的性能,推动溶液法制备CIGS的产业化。
高效铜锌锡硫薄膜太阳能电池:由DMSO前驱体溶液到半导体膜材料的化学反应路径研究
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批准号:21571106
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2015
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负责人:辛颢
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依托单位:
国内基金
海外基金