聚酰亚胺衬底柔性非晶硅薄膜电池集成串联组件的研究

研究了柔性Si基薄膜太阳电池集成串联组件的制备与关键技术。对导电栅线在柔性薄膜太阳电池集成串联组件中的重要性进行了模拟计算,对柔性薄膜太阳电池激光刻蚀进行了理论分析与实验优化,并对柔性Si基薄膜太阳电池集成串联组件进行了设计与研制。在聚酰亚胺(PI)衬底上,通过卷对卷磁控溅射与卷对卷等离子增强化学气相沉积(PECVD)依次沉积复合背反射层Ag/ZnO、Si基薄膜层和透明导电膜层,采用激光刻蚀与丝网印刷工艺相结合实现集成串联,制备了柔性非晶Si(a-Si)薄膜太阳电池集成串联组件。柔性单结集成串联组件有效面积转换效率达到了4.572%(AM0),开路电压Voc=5.065V,填充因子FF=0.552。     

掺Na制备柔性聚酰亚胺衬底CIGS薄膜太阳电池

研究了Na掺入对低温沉积柔性聚酰亚胺(PI)衬底Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜的结构和电学特性影响。研究结果表明:Na元素的掺入使Ga元素的扩散受到了阻滞,但对CIGS薄膜晶粒尺寸没有明显的影响,少量的Na可提高CIGS薄膜的载流子浓度和降低电阻率;Na的掺入可明显提高CIGS薄膜太阳电池的器件特性,通过优化掺Na工艺,制备的柔性PI衬底—CIGS薄膜太阳电池的最高转换效率达到10.4%。     

PbI2对钙钛矿薄膜及太阳电池性能的影响

碘化铅(PbI₂)是两步法制备钙钛矿薄膜最常使用的金属卤化物前驱体,精确控制PbI₂在钙钛矿薄膜中的含量和空间分布以及优化PbI₂薄膜的形貌结构对于制备高效稳定的太阳电池具有重要意义。探索了PbI₂的浓度和退火方式对钙钛矿薄膜及太阳电池性能的影响。研究发现,PbI₂溶液的浓度不仅决定钙钛矿薄膜中PbI₂的含量,也影响钙钛矿的晶粒尺寸、取向及光学吸收等性质,从而导致器件性能的改变,当钙钛矿薄膜表面分布约45%的PbI₂时器件性能更佳。此外,PbI₂的形貌、结晶性和孔隙度受退火方式的影响显著,与溶剂退火相比,通过短暂的1 min热退火制备的PbI₂薄膜更有利于减少钙钛矿表界面缺陷,提升器件的开路电压,最终使器件的基础光电转换效率(PCE)可以提升至20.89%。上述研究结果有助于进一步优化钙钛矿太阳电池制备工艺,提升器件性能。     

钙钛矿薄膜制备技术及其在大面积太阳电池中的应用

详细介绍了钙钛矿薄膜的各种制备方法,系统地探讨了各种制备工艺存在的优点和缺点。在此基础上,综述了大面积钙钛矿太阳电池的各种制备方法的国内外研究进展,并对钙钛矿太阳电池发展历程中的关键节点进行了总结。然后,结合当前的研究进展对钙钛矿太阳电池有待解决的关键性问题,如有毒金属的代替、电池的长期稳定性、大面积太阳电池制备的工艺难点等问题进行了逐一分析并提出了可能的解决方法。最后,对其发展前景进行了展望,希望进一步加深对钙钛矿太阳电池的了解,为今后研究高效、稳定的钙钛矿太阳电池打下坚实的基础。     

激光刻蚀柔性薄膜太阳电池复合背反射层的研究

柔性聚酯膜衬底薄膜电池通过激光刻蚀等工艺形成集成串联,激光刻蚀柔性薄膜太阳电池复合背反射层(Ag/ZnO)是其中的重要工艺。首先对聚酰亚胺(PI)、Ag、ZnO材料的光学特性进行了分析,然后采用1 064nm脉冲激光与532nm脉冲激光分别对柔性薄膜太阳电池复合背反射层进行刻蚀研究。通过改变重复频率、激光功率、扫描速度和焦点位置等参数,分析了激光刻蚀物理机制,获得了好的刻蚀效果。结果表明,1 064nm纳秒脉冲激光更适合刻蚀柔性PI衬底复合背反射层Ag/ZnO,在激光功率860mW、刻蚀速度800mm/s和重复频率50kHz下,获得了底部平整、两侧无尖峰的刻线,刻线宽为32μm,满足柔性薄膜太阳电池集成串联组件的制备工艺要求。     

Cr应力缓释层对柔性Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳电池性能的影响

柔性Cu₂ZnSn(S,Se)₄(CZTSSe)薄膜太阳电池中的应力是阻碍其发展的一大瓶颈。采用磁控溅射法在柔性Ti衬底和Mo背电极之间引入不同厚度的Cr缓释层，研究其对CZTSSe薄膜应力的影响。结果表明，当Cr应力缓释层厚度为80 nm时，薄膜的结晶质量最好，电池具有最佳的光电性能，相比没有Cr应力缓释层存在的情况，薄膜的残余应力从-7.15 GPa降低至-3.61 GPa,电池的光电转换效率(PCE)从2.89%提高至4.65%,增加了60.9%。Cr应力缓释层的引入不会影响CZTSSe薄膜的晶体结构，相反可有效提高薄膜的结晶质量，降低薄膜的残余应力，最终提高电池的光电性能。     

PET柔性衬底上低温沉积ITO薄膜性能的研究

采用反应热蒸发的方法,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料衬底上制备In2O3:Sn(ITO)薄膜.鉴于塑料对温度的敏感性,详细研究了衬底温度对其上沉积的ITO薄膜的微观结构及光电性能的影响,在低温条件下(Ts=140℃)获得电阻率为7.52×10-4Ωcm,可见光范围内的透过率大于80%和结构特性良好的薄膜,并将其应用于PIN型太阳电池的前电极,获得了转换效率为4.41%的柔性非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池.     

柔性衬底硅薄膜太阳电池中ZGO薄膜的应用

在室温下,采用孪生对靶直流磁控溅射工艺,在玻璃衬底上制备出高质量的Ga掺杂ZnO(ZnO:Ga)透明导电膜。研究了薄膜厚度对薄膜的结构、光学及电学特性的影响。制备的ZnO:Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,最佳择优取向为(002)方向。随着薄膜厚度的增加,衍射峰明显增强,晶粒增大。优化反应条件,薄膜的电阻率达到4.69×10-4Ω.cm,在可见光范围内平均透过率达到了85%以上。将不同厚度的ZnO:Ga薄膜(350～820 nm)在柔性聚酰亚胺衬底nip非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池中,随厚度的增加,电池的填充因子和效率都得到了提高,得到聚酰亚胺衬底效率7.09%的a-Si薄膜太阳电池。     

大面积、高性能柔性 GaInP/GaAs/InGaAs叠层太阳电池的制备

柔性高效Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池正在被开发、应用于无人机、可穿戴设备和空间能源等领域.采用MOCVD技术在Ga As衬底上制备太阳电池外延层, 之后通过低温键合和外延层剥离方法将外延层转移到柔性衬底上.通过外延层剥离设备设计和大量参数优化实验, 实现了GaAs太阳电池结构从四英寸砷化镓晶圆上的有效分离, 且不产生缺陷并保持原有的性能.近期, 在50μm聚酰亚胺薄膜上制备的30 cm2大面积柔性GaInP/Ga As/InGaAs三结太阳电池实现了31. 5%的转换效率 (AM0光谱) , 其中开路电压3. 01 V, 短路电流密度16. 8 mA/cm2, 填充因子0. 845.由于采用了轻质的聚酰亚胺材料, 所得到的柔性太阳电池面密度仅为168. 5 g/m2, 比功率高达2 530 W/kg.     

CdS薄膜的真空热蒸发制备及在CIGS薄膜太阳电池中的应用

采用真空热蒸发(VTE)的方法制备了CdS多晶薄膜,研究了不同衬底温度对其微观结构与光电性能的影响。结果显示,不同衬底温度下制备的CdS薄膜均属于六方相多晶结构且具有(002)择优取向;随着衬底温度的升高,(002)特征衍射峰强度增加,半高宽变小,相应薄膜结晶度增大;由CdS薄膜的透射光谱可知,在500~1 000nm波段平均透过率均超过80%,光学带隙随着衬底温度的升高而增大(2.44~2.56eV),表明真空热蒸发方法制备的CdS薄膜可以作为CIGS薄膜太阳电池的缓冲层。将真空热蒸发法制备CdS薄膜与磁控溅射法制备CIGS薄膜太阳电池相结合,在同一真空室内得到了CIGS薄膜太阳电池器件,为CIGS薄膜太阳电池的工业化推广提供了新途径。     

柔性衬底硅基太阳电池ZAO透明导电膜的研究

采用孪生对靶直流磁控溅射的方法,在室温下制备了ZnO:Al(ZAO)薄膜材料,将其应用于柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池的窗口电极。通过调整Ar气流量(1.67×10-7 m3/s～8.33×10-7 m3/s),优化了ZAO薄膜的结构、成份及光电性能。得到如下结论:理想的Ar气流量为3.33×10-7 m3/s,此时ZAO薄膜具有较高的晶化率和C轴择优取向,薄膜的霍尔电阻率达为4.26×10-4Ω.cm,载流子浓度达到1.8×1021cm-3,可见光波长范围内的光学透过率达到85%以上。将优化后的ZAO薄膜用于柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池的窗口电极,转化效率达到了4.26%。     

钙钛矿太阳电池吸收层制备工艺

有机/无机杂化钙钛矿太阳电池因具有高光吸收系数、高转换效率以及低制备成本等优点引起了科学界的广泛关注.综述了近年来有机/无机杂化钙钛矿吸收层几种制备工艺的研究进展,重点分析了目前应用较为广泛且制备工艺相对简单的一步溶液法和两步连续沉积法的工艺条件对钙钛矿薄膜质量及太阳电池光伏性能的影响,并详细介绍了几种制备工艺存在的主要问题及其调控的研究现状.此外,对后续工艺中的有机空穴传输材料及其溶剂、添加剂对钙钛矿太阳电池稳定性的影响及其调控的研究现状进行了简要阐述.为更好地提高钙钛矿太阳电池的效率和长期稳定性,制备工艺的优化和创新是未来钙钛矿太阳电池发展的趋势.     

有机衬底和玻璃衬底ZnO:Al透明导电膜的结构及光电特性对比研究

讨论了在低温条件下制备的ZnO∶Al薄膜的结构、表面形貌和光电特性,对聚酰亚胺(Polyimide,PI)和玻璃两种不同衬底的薄膜进行了比较研究。两种不同衬底的薄膜均为多晶膜,具有六角纤锌矿结构,最佳取向均为(002)方向,衬底温度从室温到210℃时,制备的薄膜密度变化范围为4.6～5.16g/cm3。在柔性衬底和玻璃衬底上制备的薄膜最低电阻率分别为5.3×10-4Ω·cm和5.1×10-4Ω·cm,薄膜在可见光区的平均透过率分别达到了72%和85%,讨论了两种衬底薄膜电学特性的稳定性。     

玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池

玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池因具有成本低廉、转换效率高以及性能稳定等优点引起了人们的广泛关注。详细阐述了玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池的两种典型结构、基本制备流程及其关键工艺对太阳电池性能的影响,还介绍了玻璃衬底制备多晶硅薄膜的直接制备技术、固相晶化技术、液相晶化技术和籽晶层技术以及玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池的研究现状。由于薄膜太阳电池性能的好坏直接取决于薄膜的质量,所以关键工艺中的快速热退火和氢钝化能显著提高电池性能。然而,至今各种制备方法都不够成熟,不能规模化制备多晶硅薄膜,因此改进和发展现有多晶硅薄膜的制备技术是今后玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池研究的核心课题。     

基于金属背支撑刻蚀技术的柔性AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池研制

对柔性GaAs基太阳电池的制备方法进行研究,报道了一种用于制备柔性倒置生长的AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池的剥离和转移方法——金属背支撑选择性湿法刻蚀技术.在GaAs/GaInP选择性腐蚀的基础上进行了GaAs衬底层的腐蚀,研究了不同类型和体积比的溶液对GaAs/GaInP/AlInP结构腐蚀的选择特性,最终选用不同配比的H2 SO4-H2 O2系腐蚀液,获得快速、可控制、重复性好的去除衬底的两步腐蚀法.原子力显微镜测试结果表明,通过此方法能够成功地将电池外延层薄膜转移到Cu衬底上,并且在剥离和转移过程中外延层薄膜没有受到损伤.柔性AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池的开路电压超过3.4V.     

两步沉积法制备锡基钙钛矿及其全溶液工艺太阳能电池性能

两步沉积法中胺盐的传统溶剂异丙醇会对锡基钙钛矿产生严重破坏,因此探索其他溶剂制备锡基钙钛矿非常重要。利用4-甲基-2-戊醇取代异丙醇充当胺盐的溶剂,并在胺盐中添加苯乙基溴化胺(PEABr),通过两步沉积法制备了锡基钙钛矿薄膜及全溶液工艺太阳能电池。实验结果表明,相比于异丙醇,使用4-甲基-2-戊醇作为胺盐溶剂,可降低对锡基钙钛矿的破坏作用,促进锡基钙钛矿结晶成膜,原因可能是该溶剂分子的烷基部分可以增加对羟基的空间位阻。但未添加PEABr时,制备的FASnI₃薄膜存在许多针孔,器件光电转换效率(PCE)仅为0.24%;在添加摩尔占比为0.3 (n (PEABr)/n (FAI+PEABr)=0.3)的PEABr时,制备的锡基钙钛矿薄膜针孔减少,致密度提高,表面形貌得到改善。利用全溶液工艺制备的基于该薄膜的太阳能电池PCE达到4.15%。该研究有助于促进两步沉积法制备锡基钙钛矿薄膜及其光伏器件的进一步发展。     

卷对卷制备柔性硅基薄膜电池集成串联组件的研究

卷对卷制备出聚酰亚胺(PI)衬底柔性 硅(Si)基薄膜太阳电池集成串联组件。对卷对卷制备柔性Si基薄膜电池集成串联的优势 进行了分析,讨论了制约柔性薄膜电 池集成串联组件的主要因素;设计了两种柔性薄膜电池集成串联组件结构;进行了柔性 薄膜电池集成串联组件研制,并进行了对比分析。采用卷对卷工艺制备了非晶硅(a-Si)电 池,采用 卷对卷激光刻划、卷对卷丝网印刷与卷对卷精密点胶实现集成串联,形成柔性薄膜电池集成 串联组件,柔性a-Si单结集成串联组件全面积转换效率达到5.96％(AM1.5,全面积为117.3 cm²)。     

玻璃和聚酰亚胺衬底上磁控溅射沉积的ZnO:Al透明导电膜的结构、电学和光学性能(英文)

利用射频磁控溅射方法在玻璃和聚酰亚胺膜(PI)衬底上沉积了氧化铝质量分数为2%的掺铝氧化锌透明导电薄膜(ZnO∶Al)。系统地研究了不同衬底材料对薄膜的结构、电学以及光学性能的影响。分析表明,衬底材料对薄膜的结晶性和电学性能有较大的影响,对可见光透射率却影响不大。X射线衍射(XRD)分析得出所有的ZnO∶Al具有良好的c轴择优取向性,在可见光区(400～800nm)两种衬底上的薄膜都达到了85%的透射率。玻璃衬底上的薄膜呈现出更强的(002)衍射峰及相对更小的半峰全宽(FWHM),薄膜电阻率达到了2.352×10-4Ω.cm。电镜分析表明,相对于PI上的ZnO∶Al膜,玻璃上ZnO∶Al膜表面有更致密的微观结构及更大的晶粒尺寸。PI衬底上的ZnO∶Al膜也有相对较好的电、光学性能,其中电阻率达到了6.336×10-4Ω.cm,而且由于PI衬底柔性可弯曲,使得它适于在柔性太阳电池和柔性液晶显示中做窗口层材料及透明导电电极。玻璃上的ZnO∶Al膜则可应用在平板显示和太阳电池技术中。     

大面积、高性能柔性GaInP/GaAs/InGaAs叠层太阳电池的制备（英文）

柔性高效Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池正在被开发、应用于无人机、可穿戴设备和空间能源等领域.采用MOCVD技术在Ga As衬底上制备太阳电池外延层,之后通过低温键合和外延层剥离方法将外延层转移到柔性衬底上.通过外延层剥离设备设计和大量参数优化实验,实现了GaAs太阳电池结构从四英寸砷化镓晶圆上的有效分离,且不产生缺陷并保持原有的性能.近期,在50μm聚酰亚胺薄膜上制备的30 cm~2大面积柔性GaInP/Ga As/InGaAs三结太阳电池实现了31. 5%的转换效率(AM0光谱),其中开路电压3. 01 V,短路电流密度16. 8 mA/cm~2,填充因子0. 845.由于采用了轻质的聚酰亚胺材料,所得到的柔性太阳电池面密度仅为168. 5 g/m~2,比功率高达2 530 W/kg.     

在柔性衬底上制备透明导电薄膜ZnO:Zr(英文)

采用射频磁控溅射法在室温柔性衬底PET上制备了掺锆氧化锌(ZZO)透明导电薄膜.利用不同方法提高了ZZO薄膜的电阻率而未使其可见光透过率降低.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表明,ZZO薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜.在有机衬底和玻璃衬底上制备ZZO薄膜的择优取向不同,前者为(100)晶面,而后者为(002)晶面.在有ZnO缓冲层的PET衬底上制备的ZZO薄膜电阻率比直接生长在玻璃衬底样品上的小.通过优化参数,在PET衬底上制备出了最小电阻率为1.7×10-3Ω·cm、可见光透过率超过93%的ZZO薄膜.实验表明,镀膜之前在柔性衬底上沉积ZnO缓冲层能有效地提高ZZO薄膜的质量.