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铜铟镓硒(CIGS)是一种直接带隙结构半导体材料,禁带宽度约为1.04e V。通过改变Ga的掺杂浓度可以使CIGS的禁带宽度在1.04~1.67e V之间连续变化,从而与太阳光谱更匹配。传统的CIGS太阳电池的缓冲层为硫化镉(Cd S),其禁带宽度为2.4e V,因为Cd元素有剧毒,对环境会造成污染。所以在保证CIGS太阳电池的各项性能指标的前提条件下,寻找可以替代Cd S的缓冲层材料,减少有毒物质的使用,保护自然环境是本论文的研究重点。ZnS是属于n型Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物半导体材料,室温下禁带宽度约为3.77e V。由于无毒无污染,禁带宽度宽,原料廉价易得,制备成本低等优点成为CIGS太阳电池理想的缓冲层材料。本文主要利用wxAMPS太阳能电池仿真软件模拟了ZnO/ZnS(n)/CIGS(p)和ZnO/ZnS(n)/CIGS(i)/CIGS(p)两种以ZnS为缓冲层的太阳能电池。系统地研究了太阳电池的各部分厚度、载流子浓度、缺陷态对太阳电池性能的影响,以及太阳能电池在不同温度下的器件响应,我们也对CIGS不同的Ga掺杂进行了仿真,得出以上各种因素对这两种类型的太阳能电池性能的影响,比较两种电池在结构上有哪些优缺点。通过比较发现:在ZnO/ZnS(n)/CIGS(p)型结构中最优的ZnS厚度为0.04μm,掺杂浓度为2e18cm-3;缺陷态密度对电池的性能影响较小;吸收层CIGS最优的厚度为2.5μm,掺杂浓度为2e16cm-3,缺陷态密度越小对太阳电池的性能越有利,同时发现Ga掺杂比例对电池的性能影响很大,CIGS的禁带宽度为1.3839e V是比较合适的;环境的温度在255K附近,太阳电池的综合性能表现最优异。在ZnO/ZnS(n)/CIGS(i)/CIGS(p)型结构的太阳电池中ZnS的厚度在0.04μm比较合适,掺杂浓度在5e17cm-3是比较合适的,从整体上看,缺陷态对太阳电池的影响不明显;本征层CIGS比较合适的厚度为0.5μm,缺陷态密度越大对太阳电池的影响越大,其缺陷浓度最好小于5e14cm-3,此时对电池性能影响较小;对吸收层CIGS而言,合适的厚度为2μm,在理论上希望掺杂浓度越高越好,无论开路电压还是转化效率都随着掺杂浓度的上升呈线性上升的趋势,但增加CIGS的载流子浓度也是目前一个难题,缺陷态密度越低,对电池的性能越有利,同时发现在ZnO/ZnS(n)/CIGS(i)/CIGS(p)结构中CIGS的禁带宽度在1.3839e V是比较合适的。环境温度在280K时,ZnO/ZnS(n)/CIGS(i)/CIGS(p)结构太阳电池的综合性能表现最好。通过对两种电池结构的仿真,我们最终得到在300K时光电转换效率分别为23.0448%和27.2882%的两种以ZnS作为缓冲层的CIGS太阳电池结构设计方案。与目前以Cd S作为缓冲层CIGS太阳电池的最好的转换效率22.3%相比较,在改善Cd S污染问题的基础上,还提高了转换效率。可以对未来的电池的实际应用提供一定的指导意义。