超薄CuInGaSe2太阳能电池背复合抑制的研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着人类社会的工业化程度越来越高,我们正面临着两大生存难题:环境逐渐恶化和能源日益短缺。对此,科学家们都将研究重点放在开发无二次污染的环境治理技术和寻找高效且可持续利用的清洁能源上[1] 。近些年,科学家们一致认为太阳能是可供人们挖掘的宝藏。由于其资源丰富、使用方便、干净无污染的优点,太阳能必是人类未来能源的不二选择。作为可以将太阳能转换为电能的光电器件,太阳能电池应运而生。最早的太阳能电池是诞生于美国贝尔实验室的单晶硅太阳能电池,当时它的效率仅为6%[2]。现如今相关人员普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代,即薄膜太阳能电池,其中表现最好的便是铜铟镓硒(cigse)薄膜太阳能电池[3]。由于cigse薄膜太阳能电池生产成本低、对环境友好、不存在光致衰退、弱光性能好等显著特点,被称为最有前途的廉价太阳能电池之一[4],十分具有研究前景。此外cigse薄膜太阳能电池已经取得了相当优异的光电转换效率,迫近单晶硅太阳能电池,并有望应用于大规模的生产当中去[5][6]。cigse薄膜太阳能电池的一般结构为:栅电极/azo前电极/i-zno高阻层/cds缓冲层/cigse吸收层/mo背电极/玻璃衬底[7],其工作原理是基于pn结的光生伏特效应。

cigse薄膜太阳能电池的成本相较于si太阳能电池已有可观的降低,其吸收层中对于ga、in稀有金属的大量使用还是限制了其大规模实际应用。因此我们考虑制作超薄cigse薄膜太阳能电池,典型的cigse层厚度仅有几个微米,但进一步对其进行减薄能减少沉积时间及稀有元素的消耗量[8],从而达到大大降低成本的目的。然而我们发现超薄cigse薄膜太阳能电池所表现出的效率却达不到传统厚电池的水平,其中的一个重要原因就是存在严重的背复合。背复合指的是在cigse吸收层于mo背电极之间产生的界面复合,是cigse薄膜太阳能电池四种缺陷复合机制中的一种[9]。r.kotipali等人已经证明减少背复合能够提高超薄cigse薄膜太阳能电池的性能[10]

本项目拟利用模拟软件——太阳能电池电容模拟器scaps来研究背复合是如何影响超薄cigse薄膜太阳能电池的光电性能和如何抑制电池的背复合。本课题参考b. vermang[3][11][12]所提到的应用于传统厚电池上的背接触结构,在前人的基础上将该结构应用于超薄cigse薄膜太阳能电池。并且还设置了ga半梯度即ga/(ga+in)比值在吸收层的一半厚度范围内线性增加[13],来验证吸收层成分不均匀性对背复合的抑制效果[14][15]。两者结合来观察背复合对电池性能的影响。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

(1)深入理解cigse太阳能电池的工作原理和缺陷复合机制;

(2)利用太阳能电池电容模拟器scaps软件模拟背复合对超薄cigse太阳能电池性能的具体影响;

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3. 研究计划与安排

第1—3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译;整理资料,在任务书的基础上,明确研究内容,设计研究方案,确定实验技术路线,掌握如何使用研究所需用到的模拟软件scaps,了解相关的结构和性能的测试方法,并完成开题报告;

第4—8周:按照研究方案,优化结构参数,完成建模模拟;

第9—11周:测试模拟的器件各项电学参数,解释其背后机理;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] tong h,ouyang s, bi y, et al. nano-photocatalytic materials: possibilities andchallenges[j]. advanced materials, 2012, 43(10):no-no.

[2] chapin d, fuller c, pearson g. a newsilicon p‐n junctionphotocell for converting solar radiation into electrical power[j]. journal ofapplied physics, 1954, 25(5):676-677.

[3]vermang b, fj#228;llstr#246;m v, pettersson j, et al. development ofrear surface passivated cu(in,ga)se 2 thin film solar cells with nano-sizedlocal rear point contacts[j]. solar energy materials amp; solar cells, 2013,117(4):505-511.

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