论文总字数：19457字

摘 要

当今的时代正在飞速发展，而能源就是发展最主要的动力。我们的生活中已经离不开能源给我们带来的便利，煤炭，石油，天然气都是我们生活中不可或缺的一部分，而清洁能源就是我们未来发展的新兴力量。现在对于清洁能源的开发主要在光伏产业。本文主要研究Back-wall型CIGS电池，通过在SCAPS模拟软件中改变其相关参数，得到模拟结果以便研究不同的相关参数对于电池性能的影响究竟是怎样的，一方面减少具体研究带来的资源浪费，另一方面也为具体的研究做好准备，以便于今后的研发工作。模拟结果表明：CIGS吸收层的最佳厚度为0.45μm，界面态缺陷浓度为1×10¹⁴ (1/cm²)，最佳带隙高度为0.1μm，最佳CIGS层带隙为1.7eV，最高光电转化效率为17.62%。在最后，本文对中国CIGS薄膜电池的发展提出了美好的展望。

关键词：太阳能电池 铜铟镓硒 理论模拟 光电转化效率

Simulation of Back-wall Type CIGS Cell

Abstract

The current era is rapidly developing, and energy is the most important driving force for development. Our lives are inseparable from the convenience that energy brings to us. Coal, oil, and natural gas are all indispensable parts of our lives. Clean energy is our emerging power for future development. The development of clean energy is now mainly in the photovoltaic industry. This article mainly studies the Back-wall type CIGS battery. Through changing the relevant parameters in the SCAPS simulation software, the simulation results are obtained to study how different related parameters affect the battery performance. On the one hand, reducing the waste of resources caused by specific experiments. On the other hand, it also prepares for specific experiments to facilitate future research and development. The simulation results show that the optimal thickness of the CIGS absorber layer is 0.45μm, the interface state defect concentration is 1×1014 (1/cm2), the optimal bandgap height is 0.1μm, the best CIGS layer bandgap is 1.7eV, and the highest photoelectricity The conversion efficiency is 17.62%. In the end, this paper presents a good outlook for the development of CIGS thin-film batteries in China.

Key Words: Solar cells; CIGS; Theoretical simulations; Photoelectric conversion efficiency

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章绪论 1

1.1引言 1

1.2薄膜太阳能电池简介 2

1.3CIGS薄膜太阳能电池介绍 3

1.3.1简介 3

1.3.2发展历史 3

1.3.3 CIGS电池结构 4

1.3.4 CIGS薄膜太阳能电池的工作原理 5

1.3.5 CIGS电池的制备方法 6

1.3.6 CIGS太阳电池国内的研究发展进展 8

1.4研究的主要内容和研究意义 8

1.4.1研究内容 8

1.4.2研究意义 9

第二章太阳能电池模拟计算原理 10

2.1模拟计算基础 10

2.1.1方程组建立 10

2.1.2解方程 11

2.2 SCAPS软件介绍 13

2.3操作介绍 15

第三章CIGS电池模拟研究 17

3.1电池模型和参数设置 17

3.1.1Back-wall型CIGS太阳能电池简介 17

3.1.2相关参数的设定 17

3.2各参数对电池性能的影响 18

3.2.1研究CIGS和CdS层的膜厚对电池性能的影响 18

3.2.2研究CIGS和CdS层的迁移率对电池性能的影响； 19

3.2.3研究CIGS层能带结构对电池性能的影响； 20

3.2.4研究界面态对电池性能的影响。 21

第四章 总结和展望 23

4.1模拟结果总结 23

4.2展望 24

参考文献 25

第一章绪论

1.1引言

在现代社会高速发展的道路上，其中最关键的组成部分之一便是能源的广泛，大量的使用。在二十世纪，石油，煤炭，天然气等化石燃料与我们的生活息息相关，并让我们的生产更加高效，生活更加便利，但是也给我们的环境带来十分巨大的破坏。我们所呼吸到的，触摸到的，感受到的世界都变得黯然了。因此，在科技快速发展的21世纪，对于清洁能源的开发和利用就变成了刻不容缓的一项任务。习总书记曾说过：“绿水青山就是金山银山。”这让我们知道，开发生产力的一项重要前提就是保护生态环境，只有把环境给保护好了，才可以再继续讨论可持续发展的可能性。

从另一方面来讲，我们的煤炭，石油等化石燃料资源也并不是无限的，他们的生产周期特别长，在理论上基本是不可再生的，用一点就少一点，这对于人类的未来发展也是一个巨大的阻碍，对于全人类来说，这都是一个极大的问题。因此，各国政府都将解决能源问题作为本国的头等事务。各国的科学家们也不断努力寻找更加清洁，更加富足的新能源。在二十世纪五十年代开始，科学家们逐渐发现了水能，风能，潮汐能，太阳能等清洁能源，这些能源不同于化石燃料，是取之不尽用之不竭的，并且对于它们的利用对于环境造成的伤害也很小，几乎等于没有，因此这些能源被叫做清洁可再生资源。其中太阳能的能量是最大的，并且也是无处不在的，我们无论在何地都可以接触到太阳能，并且它在这些能源中也是最好利用的。因此本文的主要介绍对象就是太阳能，接下来本文将主要介绍利用光伏发电的一项产品——BackWall型CIGS太阳能电池。

对于当今社会来说，价格最低廉的清洁能源当属太阳能了，并且因为它的广泛性，对它的利用也是最方便的。现如今，对于太阳能的利用主要在光伏发电这一项上，它的应用十分广泛，在航空航天，交通领域，通信领域，石油、海洋、气象领域，光伏电站以及小型区域的生活用电等，举例来说就有像太阳能汽车，交通信号灯的供电等。

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