石墨烯/铜铟镓硒新型结构薄膜太阳电池探索

最有前景和竞争力的铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池进一步发展的关键是性能提高和应用范围的拓展。本项目针对这两个关键问题展开深入探讨，利用性能优异的新材料石墨烯与CIGS薄膜结合，采用新方法探索制备三种新型结构的CIGS薄膜太阳电池。(1)宽光谱吸收的太阳电池器件。石墨烯具有高电导率、光谱通过范围广及掺杂后能带可调等特性替代AZO作为前电极的电池器件吸光范围宽，加快了吸收层载流子的激发、分离和传输，增大光生电流，提高了器件性能； (2)双面受光的太阳电池器件。石墨烯具有高迁移率、高电导率的特性，通过先进的转移技术替代Mo作为背电极的电池器件，增加吸收层对光的吸收量，提高了器件性能。(3)柔性超薄轻便的太阳电池器件。石墨烯还具有柔韧性好、耐温高的特性，避免了传统柔性电池衬底的缺点。同时替代AZO和Mo的电池器件柔韧性好、轻便，拓展了CIGS薄膜太阳电池应用领域。

1.）通过对比CuIn0.6Ga0.4Se2的单靶工艺和(In,Ga)2Se3与CuSe的双靶工艺制备CIGS预制膜制备的吸收层质量确定最佳的预制膜结构。相比于单靶工艺CIGS电池10.8%的转换效率，双靶工艺CIGS电池转换效率达到了13.6%。2）MoSe2厚度对Na阻挡层SiO2层的依赖关系以及X射线能谱和拉曼光谱的表征结果证实Na2Sex化合物的形成对MoSe2层的形成起着决定性作用。3）提出一种简单、安全、廉价的硫代乙酸溶液法制备CISSe薄膜。基于该CISSe薄膜的太阳能电池获得6.75%的最高转换效率。该方法可用于简便、低成本的制备铜基薄膜及太阳电池。4）基于前期制备CuIn(S,Se)2薄膜及太阳电池器件的工作基础，将Ga引入以获得更高的转换效率。在氨的协同作用下，金属源Cu2O、In(OH)3和Ga(acac)3溶解于硫代乙酸溶液中，形成稳定、澄清、均匀的前驱溶液。经过旋涂和硒化退火后获得具有大晶粒的高质量薄膜，制备的CIGSSe太阳能电池获得高达8.6%的转换效率，且吸收层厚度只有766纳米。5) 设计Co-Cu双元智能衬底，层数可控地均匀生长高质量石墨烯透明导电薄膜。有望替代价格高昂、资源匮乏的ITO或FTO。6）利用Al还原氧化石墨烯制备了高导电的石墨烯材料导电率高达38,100 S/m。低温制备的高导电、低缺陷石墨烯材料将在柔性能源转换与存储器件中有巨大的应用前景。