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1、一、項目背景及研究意義進入21世紀，隨著化石燃料的消耗進一步加劇，有限的化石能源儲量與大量的能源需求之間的矛盾日益加劇。太陽能作為一種清潔，可再生的一次能源，得到了人們的關注與研究。太陽能電池技術正是在這種情況下，作為一種有效利用太陽能的手段而出現(xiàn)并發(fā)展起來的。太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。根據(jù)材料的不同，太陽能電池可以分為：1、晶體硅太陽能電池；2、硅基薄膜太陽能電池；3、化合物半導體薄膜太陽能電池4納米薄膜太陽能電池。不論以何種要求來制作太陽能電池，對太陽能電池材料的一般要求有：1、半導體材料的禁帶不能太寬；2、要有較高的光電轉換效率；3、材料本身對環(huán)境

2、不造成污染；4、材料便于工業(yè)生產且材料性能穩(wěn)定。在傳統(tǒng)太陽能電池材料中，單晶硅太陽能電池轉換效率最高， 技術也最為成熟,電池轉化效率可達23%。由于單晶硅太陽能電池的高轉換效率，其在大規(guī)模應用和工業(yè)生產中仍占據(jù)主導地位，但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質量材料，尋找單晶硅電池的替代產品，薄膜太陽能電池日益得到重視與發(fā)展。薄膜太陽能電池的出現(xiàn)很早，但由于光電轉換效率低、衰減率（光致衰退率）較高等問題，前些年未引起業(yè)界的足夠關注，市場占有率很低。隨著其技術的不斷進步，光電轉換效率得到迅速提高，雖然仍然與晶體硅

3、電池相比有很大差距，但其用料少、工藝簡單、能耗低，成本有一定優(yōu)勢，越來越被業(yè)界所接受。 近年來一種既具有高轉化效率，又具有比較低的制作成本，的化合物薄膜電池材料得到了研究和應用，這種電池就是以銅銦鎵硒為吸收層的薄膜太陽能電池，簡稱為CIGS電池。其典型結構為:Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2。CIGS電池具有性能穩(wěn)定、抗輻射能力強等優(yōu)勢，轉化率接近于晶體硅太陽能電池的轉換效率，成本卻是其1/3。相對于已有的硅薄膜太陽能電池，CIGS還具有一下有點：1、CIGS的薄膜晶體結構和化學鍵更穩(wěn)定，而且未發(fā)現(xiàn)光致衰退效應，因而其壽命更長；2、CIGS可以在玻璃基板上形成缺陷少

4、，高品質的大晶粒，而且CIGS在薄膜太陽能電池的制作過程中不存在污染性化學物質。正是因為性能優(yōu)異，CIGS電池被國際上稱為下一代的廉價太陽能電池，具有廣闊的市場前景。目前，CIGS的制備方法主要為真空蒸發(fā)法、濺射法和電沉積法。真空蒸發(fā)法較為傳統(tǒng)的方法，在制作過程中能有效的控制薄膜成分。電沉積法是一種低溫沉積法，且是一種最具有潛力的低成本制備CIGS先驅薄膜的方法，在制備過程中可以有效控制薄膜厚度、化學組結構及孔隙率，而且設備投資少、原材料利用率高、工藝簡單、易于操，但要通過該方法制備理想的具有復雜組成的薄膜材料較為困難。濺射法一般通過濺射CuIn和CuGa合金薄膜預制層，然后硒化制得。目前一些

5、發(fā)達國家對CIGS薄膜太陽能電池已經非常重視，投入了大量資金進行研究，尤其是日本、美國、德國的研究水平已處于世界領先，并已經達到實際生產水平，且性能和品質也在不斷提高。美國可再生的能源實驗室制備的小面積CIGS太陽能電池的最高光轉化效率已經達到19.2%。日本昭和殼牌室友公司已經完成技術開發(fā)，并建設了10-20MW級生產線。中國作為一個能源消耗大國，應該加快對CIGS薄膜太陽能電池的研究步伐，利用這一性能優(yōu)越的太陽能電池材料，緩解能源壓力，并降低太陽能電池制作和銷毀過程中對環(huán)境的影響。二、項目研究目標和研究內容研究目標1. 采用低溫電沉積制備出金屬比率已確定的先驅體，再在高溫下對先驅體進行硒化

6、或熱處理，得到質量較高的CIGS薄膜電池。2. 探索最優(yōu)化的CIGS薄膜電池的制備工藝參數(shù)，明確合成工藝參數(shù)對合成產物，電學性能的影響。3. 在制備CIGS薄膜的過程中，探索Ga元素含量對電池的光電轉化率的影響，期望得到更高的光電轉化率。研究內容1. 在水溶液中電沉積法制備Cu-In-Ga-Se前驅體薄膜的電化學過程進行分析。2. 通過XRD分析不同沉積電壓、絡合劑檸檬酸鈉濃度、離子配比濃度對電沉積Cu-In-Ga-Se前驅體薄膜的影響。3. 總結其影響規(guī)律為電沉積參數(shù)調整提供依據(jù)，設計沉積參數(shù)，以檸檬酸鈉為絡合劑制備Cu-In-Ga-Se前驅體薄膜。4. 利用XRD，SEM，EDAX等微觀分

7、析手段，對CIGS薄膜的結構，組成，表面形貌進行分析三、項目研究的實施方案及擬采取的研究方法和技術路線研究方法1鉬和不銹鋼薄片的表面處理其表面處理過程如下：2 CIGS前驅體薄膜前驅體的電沉積制備 實驗采用簡單的二電極直流電源系統(tǒng)，以鉑網(wǎng)為陽極，鉬或不銹鋼薄片為陰極，以00120025M氯化銅、00250125M三氯化銦、O0250125M亞硒酸、0025025M三氯化鎵(硝酸鎵)的溶液為電沉積液，在不攪拌的情況下一步恒電壓沉積，沉積時間為10min，沉積得到的前驅體用N2氣吹干。3 CIGS前驅體薄膜的熱處理 電沉積獲得的CIGS前驅體薄膜放入管式爐中，在Ar氣保護氣氛下，以10每分鐘的升溫

8、速度升溫至450并保溫30min，保溫結束后切斷電源，隨爐自然慢冷；冷卻到低于50時，關閉Ar氣，開爐取樣。4 薄膜的性能測試 4.1薄膜的X射線衍射物相分析 XRD衍射儀對電沉積制備的CIGS 4.2薄膜的SEM分析 采用SEM技術對CIGS薄膜的形貌、粒度大小及其分布情況進行分析表征 4.3薄膜的成分分析 采用EDAX技術測定ClGS薄膜的組成元素分布和均勻性，結合電鏡形貌較準確的判定相關微區(qū)結構的成分，通過計算獲得各組成成分的相對含量。5 分析薄膜物相組成的影響因素 5.1沉積的電壓的影響 5.2檸檬酸鈉濃度的影響 5.3離子的濃度配比的影響6 總結其影響規(guī)律，為電沉積參數(shù)調整提供依據(jù)技

9、術路線四、項目研究基礎和項目的可行性分析CIGS薄膜電池的電沉積法是一種低溫沉積法，且是一種最具有潛力的低成本制備CIGS先驅薄膜的方法，在制備過程中可以有效控制薄膜厚度、化學組結構及孔隙率，而且設備投資少、原材料利用率高、工藝簡單、易于操作，但要通過該方法制備理想的具有復雜組成的薄膜材料較為困難。而本文就是要著手解決不同沉積電壓、絡合劑檸檬酸鈉濃度、離子配比濃度對電沉積Cu-n-Ga-Se前驅體薄膜的影響，以期制得最優(yōu)化參數(shù)的電沉積CIGS前驅體薄膜。由于電沉積CIGS前驅體薄膜已有較為豐富的理論支持和所需設備相對簡單，技術路線采用閉路反饋方式研究，思路清晰，實際實施前景明朗，具有重要的研究

10、和開發(fā)價值。五、本項目的創(chuàng)新之處（50字以內）1. 采用低溫非真空鍍膜法，降低了成本、能耗和設備要求。2. 采用一步電沉積法，生產效率高，制備流程短。3. 基體材料可使用柔性材料，應用范圍廣泛。六、項目預期成果：通過本論文工作階段的研究，采用的低溫電沉積法，制備CIGS薄膜先驅體，再在高溫下對其進行硒化或熱處理得到最終的CIGS薄膜電池，探索性能最優(yōu)的CIGS薄膜電池的制備工藝參數(shù)，建立材料制備工藝，結構和電學性能之間的關系，對其進行改性研究，以期得到更好性能的太陽能電池。八、參考文獻【1】 郭杏元等，CIGS薄膜太陽能電池吸收層制備工藝綜述，真空與低溫 2008 14，p125-133【2】

11、 張曉科等，CIGS太陽能電池的低成本制備工藝，電源技術 2005 29，p849-852【3】 白利鋒等，電沉積銅銦鎵硒太陽能電池的研究進展，材料導報 2010 24，p256-258【4】 李建軍等，CIS(CIGS)太陽能電池研究進展，能源技術 2005 26，p164-167【5】李建軍，CIGS太陽電池材料電沉積法制備過程研究，桂林工學院碩士學位論文，2006 4【6】龐來學等，薄膜太陽電池CIGS吸收層低成本制備- 電沉積工藝研究，陶瓷學報 2010 31，p523-528【7】吳世彪等，電沉積法制備CIGS薄膜的工藝研究，安徽化工 2007 31 p32-34【8】武漢市十一五科技發(fā)展規(guī)劃綱要