ZnO纳米结构减反射层特性优化及对太阳能电池性能的影响

利用电化学沉积法在铜铟镓硒薄膜太阳能电池表面沉积一层ZnO纳米结构阵列减反射层。通过对沉积电位的操控,实现了对该纳米结构减反射层形貌、光学质量、反射率等特性的优化。在电池表面蒸镀电极后测试电池的电流电压曲线可知,相比于没有减反层的电池,沉积了纳米结构减反射层的电池利用氧化锌纳米结构的亚波长尺寸形成的蛾眼效应有效降低了表面光反射,增加光吸收,从而实现短路电流增加6.2%,电池效率提高了9.9%。

化学水浴沉积制备高质量Zn(O,S)薄膜及其性能研究

为获得铜铟镓硒薄膜太阳电池中高质量Zn(O,S)无镉缓冲层薄膜,该研究阐述了柠檬酸三钠作为络合剂制备Zn(O,S)薄膜的成膜机理,系统性研究了该体系下各反应参数对薄膜化学水浴沉积的影响。研究表明,柠檬酸三钠的浓度值显著影响反应类型,异质反应更有利于生成高质量薄膜。同时,柠檬酸三钠与金属离子浓度的比值直接影响成膜质量和成膜速率,适合的pH溶液环境有助于提高Zn(O,S)薄膜沉积的质量。此外,通过工艺参数的优化,获得了电学性能接近传统CdS/CIGS太阳电池的Zn(O,S)/CIGS电池器件。

溶液法制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿(简称钙钛矿)太阳能电池在近年取得了重大突破,实验室小面积器件的光电转换效率从最初2009年的3.8%提升至现今的22.1%。本文从钙钛矿材料的物化性能、钙钛矿太阳能电池的结构、钙钛矿薄膜的制备方法等方面全面分析了钙钛矿太阳能电池的优势和不足。首先简要回顾了钙钛矿太阳能电池问世以来几个重要发展历程和主流电池器件结构的演变,着重讨论了吸光层钙钛矿薄膜的制备方法,包括一步溶液法、分步旋涂-浸渍法、两步旋涂法、气相沉积法,分析了影响钙钛矿成膜的关键因素、微观形貌控制的工艺技术,对溶剂的选择、溶质成分的调控(包括铅源、各类添加剂的选择)以及钙钛矿结晶的粗化做了详细探讨。指出今后的工作重点在于如何精确控制钙钛矿薄膜的化学成分,提高可重复性和良品率;加强器件工作机理、成膜机理的研究;着眼于大面积器件的制备;提高器件的稳定性及开发环境友好型无铅或少铅电池。

北京地区多种光伏组件发电性能对比实验研究

该课题组设计建造了一座光伏试验电站,对单晶硅光伏组件、多晶硅光伏组件、非晶硅光伏组件、铜铟镓硒光伏组件和碲化镉光伏组件进行长期监测,对监测数据进行统计并分析了温度、弱光和湿度对不同光伏组件的影响,设计了阴影遮挡试验和灰尘清洗试验。研究表明,薄膜光伏组件的温度效应优于晶硅光伏组件,其输出功率损失低于晶硅光伏组件;对于晶硅光伏组件由于表面积尘和阴影遮挡而引起的输出功率损失要高于薄膜光伏组件;而弱光和湿度对光伏组件发电性能的影响没有明显差异。通过分析试验电站的监测数据,发现铜铟镓硒光伏组件单位装机容量的发电量最高,其发电量高出多晶硅光伏组件5.72%,而次于铜铟镓硒光伏组件发电能力的是单晶硅光伏组件和多晶硅光伏组件。

制备方法对钙钛矿薄膜结构及形貌的影响

采用液相连续沉积法制备了有机/无机杂化钙钛矿(CH_3NH_3PbI_3,MAPbI_3)光吸收层,并研究了不同薄膜形貌、晶体结构和光吸收能力对钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明:制备工艺对吸光层形貌和器件光电性能产生很大的影响。相对于分步浸渍法,分步旋涂法(分步旋涂无机相碘化铅PbI_2和有机相甲胺碘CH_3NH_3I前驱液)和气体辅助修复法(新制初始MAPbI_3薄膜在室温下置于甲胺气氛中)能有效改善薄膜形貌和平整度,获得覆盖完全的均匀钙钛矿吸光层。同时,进一步分析了初始MAPbI_3膜的形貌对气体修复法制备全覆盖平整钙钛矿薄膜的影响,发现初始钙钛矿膜的形貌对最终修复后的膜层形貌没有影响,这可能是因为不同初始MAPbI_3膜经甲胺气体处理后均形成一种"甲胺铅化碘-甲胺"(MAPbI_3·MA)的液态中间相,再经退火处理后均获得平整、致密的钙钛矿膜层,极大地提高了MAPbI_3的结晶度和薄膜均匀性,从而提高活性层的吸光率、光电流和电池效率。

反应溅射沉积Zn(O,S)薄膜的全成分调控和光学性能修饰

在传统的CIGS薄膜太阳能电池中,CdS薄膜通常起到缓冲层的作用,但Cd有毒且不环保。无镉缓冲层的研究对于提高CIGS电池的环保性具有重要的现实意义。本工作采用射频反应磁控溅射制备Zn(O,S)薄膜,并研究了薄膜的成分、表面形貌、光学带隙与溅射气氛中氧含量之间的关系。将Ar/O_(2)流量从0.5 sccm增加到8 sccm时,薄膜中的S含量从82%降低到13%。随着溅射气氛中O含量的增加,Zn(O,S)薄膜的O1s结合能从O-Ⅲ(~532 eV)逐渐向O-Ⅰ(~530 eV)移动,薄膜中的S含量逐渐降低的同时出现了S^(6+)和S^(4+)。表面形貌表征表明Zn(O,S)可以在CIGS吸收层表面形成致密覆盖。光学带隙具有弯曲特性且在3.07~3.52 eV可调,在S/(O+S)比为56%时获得了3.07 eV的最小光学带隙值。以溅射法Zn(O,S)作为缓冲层制备的CIGS太阳能电池的转换效率为10.19%,且对光浴处理不敏感。溅射制备的Zn(O,S)薄膜促进了CIGS太阳能电池的工业化应用。

Mo薄膜性质及对CIGS形貌和结构的影响

分别用磁控溅射法和共蒸法沉积了Mo和CIGS薄膜。考察了气压和CIGS高温沉积环境对Mo薄膜的影响,研究了Mo基底对CIGS结构和形貌的影响,给出了不同Mo基底上制备的电池效率。结果显示,Mo薄膜具有较强的(110)晶面择优取向,低气压沉积的薄膜结构致密,而高气压沉积的薄膜疏松多孔隙。经CIGS高温工艺后,Mo薄膜晶粒融合,形貌特征消失,其中0.1 Pa沉积的Mo薄膜晶粒融合后表面致密无孔隙,方阻下降,而高气压薄膜孔隙变大,方阻上升。高气压沉积的Mo薄膜中Se扩散现象明显,而低气压薄膜结构致密,有利于遏制Se的扩散。Mo薄膜对CIGS的生长有显著的影响,致密平整的Mo薄膜有利于CIGS晶粒长大形成柱状晶结构,并具有(112)晶面择优取向,而疏松的Mo膜上沉积的CIGS呈等轴晶结构,具有(220/204)晶面择优取向。电池结果显示,0.1 Pa沉积的Mo膜上制备的电池效率达到13.42%,气压增大时,填充因子显著降低,转换效率随之下降。

高质量硫化镉薄膜沉积装置的开发与应用

硫化镉薄膜广泛应用于铜铟镓硒太阳能电池的缓冲层中,化学水浴沉积是制备硫化镉薄膜最普遍的方式。由于传统的搅拌式薄膜沉积装置制备的薄膜均匀性较低,该文开发了一种新型振荡式硫化镉薄膜沉积装置,并对其应用范围进行了拓展。该文对振荡式沉积装置进行了实验与分析,结果表明:该装置可制备出均匀性良好的硫化镉薄膜。同时,该装置可同时适用于刚性和柔性、不同尺寸电池基片的薄膜沉积。该文还对振荡式和搅拌式沉积装置进行了流体仿真模拟,结果表明:振荡式沉积装置的速度场向量分布和速度分布标准差均优于搅拌式沉积装置。

磁控溅射沉积制备Al掺杂ZnO薄膜的棒状晶粒生长

Al掺杂ZnO(AZO)薄膜由于电导率高、光学透过率高、原料储量丰富、成本低廉而成为最具潜力的透明导电薄膜。本实验采用射频磁控溅射法沉积制备了30cm×30cm的AZO薄膜,研究了溅射压强对晶体结构、微观结构、电学和光学性能的影响,实现微观结构和性能的调节。结果表明,溅射压强增大,薄膜沉积速率降低,晶体c轴择优取向生长变弱,晶粒尺寸变大且存在长度大于100nm的棒状晶粒。0.933Pa时薄膜电阻率降至最低(1.01×10^-3Ω·cm),可见光透过率为79.7%,禁带宽度Eg=3.82eV,有利于透明导电膜的应用。

溅射气压对磁控溅射Mo背电极层形貌与结构的影响

采用直流磁控溅射法在溅射气压为0.1-1.0Pa下制备了金属Mo膜。用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对单层Mo膜的表面、断面形貌和粗糙度进行了分析与表征;用X射线衍射（XRD）研究了气压对Mo膜晶粒尺寸和薄膜应力应变的影响;用SEM观察了双层和三层Mo背电极层的表面形貌。结果表明,溅射气压升高,表面颗粒由细长变得圆润,均方根粗糙度升高,其值介于1.32-4.81nm之间;Mo膜的晶粒尺寸随气压的升高而降低,其值介于27.2-11.7nm之间;溅射气压为0.2Pa和0.3Pa时制备的Mo膜显现为张应力;将双层Mo背电极表面制备0.7Pa的Mo层后,表面更加圆润,孔隙增多。

Mo背电极对CIGS吸收层成分与结构的影响

采用直流磁控溅射法,通过调整溅射气压制备双层和三层Mo背电极层,并在其上制备(In,Ga)2Se3(IGS)和Cu(In,Ga)Se2(CIGS)。采用X射线荧光光谱(XRF)和X射线光电子能谱(XPS)测量成分;用扫描电子显微镜(SEM)观察IGS和CIGS的表面和断面形貌;用X射线衍射(XRD)研究背电极层对IGS和CIGS结晶取向的影响。结果表明,背电极的不同可影响CIGS表面Na的分布;三层Mo背电极层上制备的CIGS吸收层具有112择优,晶粒较大,贯通性更优;三层Mo背电极层上制备的CIGS电池的效率为14.1%,其中较双层Jsc和FF分别有9.4%和15.5%的提升。

不同温度对原子层沉积掺铝氧化锌薄膜性能的影响

采用热原子层沉积(ALD)方法,在固定氧化锌与氧化铝沉积比例的情况下,研究了不同温度下在玻璃衬底上沉积的掺铝氧化锌薄膜性能的变化,特别是"ALD窗口"温度的影响。通过计算薄膜沉积速率,得到了薄膜沉积的"ALD窗口"温度范围为225~275℃,相应的沉积速率为0.214 nm/cycle。分析样品的表面形貌后发现,虽然反应的温度有所不同,但薄膜的微观结构均为密集堆积的纺缍体,它们的尺寸受到温度、晶体结构等因素的影响。结构分析表明,在"ALD窗口"温度范围内,所有沉积得到的样品均为(100)择优取向,并且结晶质量、晶粒尺寸以及(002)峰的相对强度均随着温度升高而增大。薄膜的光学透过率以及光学带隙没有随温度变化而表现出明显的变化,分别在80%(350~770 nm)和3.90 e V左右。薄膜的电导率和光学质量在"ALD窗口"内随温度增加而增长,直到300℃时达到最佳。

光伏建筑一体化技术发展现状及存在的问题

围绕光伏组件选择、光伏组件应满足的建筑规范以及相关的计算机辅助设计共三个方面对光伏建筑一体化技术的发展现状进行了分析,同时探讨了在应用过程中遇到的问题。研究表明,可用于建筑的光伏组件类型较多,并且可以借助成熟的计算机软件对建筑用组件进行模拟设计以提升发电量,但在实际应用中所依据的相关标准体系仍有待于完善,依赖于补贴的光伏组件应用于建筑带来的综合成本提高成为制约光伏建筑一体化技术发展的障碍之一。对于如何解决建设过程中的这些问题进行了探讨。

Ar流量对磁控溅射制备Al掺杂ZnO薄膜的影响

Al掺杂ZnO(AZO)具有电导率高、光学透射率高的优点,且原料来源丰富、制备成本低廉,被认为是最有应用潜力的透明导电薄膜。本文利用射频磁控溅射制备30 cm×30 cm尺寸大面积AZO薄膜,研究了气压恒定时,Ar流量对薄膜晶粒生长机制、电学和光学性能的影响。结果表明,AZO薄膜晶粒均表现出垂直基片方向的c轴择优取向生长,随Ar流量增大取向变弱;薄膜表面晶粒尺寸大小分布不均匀,随Ar流量增大,大晶粒数量增多,表面出现长度为100 nm、宽度为30 nm的棒状晶;随着Ar流量增大,载流子浓度由4.52×1020 cm-3略微增大至6.2×1020 cm-3,霍尔迁移率由4.79 cm2(/V·s)提升至10.46 cm2(/V·s),电阻率在Ar流量94 mL/min时达到最低值1.01×10-3Ω·cm。薄膜可见光平均透射率均大于78%,禁带宽度约3.8 eV。

铜铟镓硒光伏组件建筑应用技术要求

分析以玻璃为衬底的铜铟镓硒薄膜光伏组件作为建材在使用时应满足的技术要求与标准条件,经分析,铜铟镓硒光伏组件作为建材使用所依据的标准体系仍有待进一步完善。

不同内连方式柔性CIGS光伏组件在立柱表面应用时性能

传统光伏组件在曲面场合应用时存在不易和曲面完美贴合、不美观等问题,而柔性光伏组件具有轻质、可卷曲等优点,非常适合在曲面场合贴合应用。以柔性CIGS光伏组件作为研究对象,依据组件内部电气连接方式的特点,采用MATLAB/Simulink软件建立了两种光伏组件模型和光伏组件发电模型,结合北京地区仲夏季节立面上的太阳辐照强度数据,对两种内连方式的柔性CIGS组件在立柱侧面应用时的性能进行对比研究。模拟结果表明:在立柱表面贴合应用时,并联型的柔性CIGS组件明显具有更优越的性能。

离子源对玻璃基片的表面清洗处理

玻璃基片的表面清洁程度对镀膜十分重要,作者采用线性离子源在线清洗技术,对玻璃基片进行清洗处理。对比线性离子源清洗与传统超声清洗技术的清洗效果,分析离子源对玻璃基片的作用深度,以及对玻璃基片表面粗糙度与成分的改变。结果表明,线性离子源清洗能有效降低玻璃基片的缺陷密度、表面粗糙度及表面碳污染,有利于提高后续镀膜的质量"

光伏建筑一体化组件安全性及检测

建筑消耗了大量社会资源和能源,在能源供需矛盾形势和环境保护要求下,开发绿色节能建筑刻不容缓。光伏组件作为建筑材料应用于建筑,即光伏建筑一体化,可就近为建筑提供能源,减少污染排放,成为未来建筑发展方向。本文讨论了光伏组件作为建筑材料,应满足的光伏和建筑方面的安全方面性能要求。分别论述了电气、机械、防火方面的安全性性能,及其检测依据,为光伏建筑一体化设计提供安全安全支持。

常温下ZnO/Ag/ZnO复合薄膜的制备及其光电特性

采用射频磁控溅射与电子束蒸发的方式,制备了ZnO/Ag/ZnO三层复合薄膜,研究了Ag薄膜厚度以及电子束蒸发的沉积速率对复合薄膜光电性能的影响。实验结果表明,当Ag薄膜厚度为8nm、电子束蒸发的沉积速率为0.5nm·s^(-1)时,复合薄膜的性能最优,其方块电阻为6.01Ω,波长400~800nm范围内的光平均透过率为91.39%。优化后的ZnO/Ag/ZnO复合薄膜具有良好的光电特性。

铟掺杂调控氧化锌纳米柱的密度与光学带隙

采用低温水热法在掺铝氧化锌(AZO)基底上,通过在溶解有乙酸锌(ZnAc_2)与六次甲基四胺(HMTA)的反应溶液中引入NH_4NO_3与In(NO_3)_3,制备出不同形貌和光学性能的ZnO纳米柱阵列。采用扫描电子显微镜、透射光谱、光致发光发射谱研究了NH_4NO_3与In(NO_3)_3对ZnO纳米柱阵列的结构和光学性质的影响。结果表明:溶液中添加的In(NO_3)_3显著地降低了ZnO纳米柱的密度,增大了纳米柱之间的间距,从而能够作为太阳能电池的减反射层使用。通过控制NH_4NO_3与In(NO_3)_3在反应溶液中的添加比例,可以在3.35~3.62 e V范围内调控所制备的ZnO纳米柱的光学带隙宽度。