中文摘要：

化石能源的日益枯竭和对生态环境的破坏，使得研究高性价比的太阳能电池迫在眉睫。提高太阳电池的转换效率仍是当今光伏科学发展的主要方向之一。本研究基于多带隙半导体太阳电池的新概念，采用多种方法系统的研究多带隙过渡金属Ti或Cr掺杂的CuGaS2薄膜太阳电池材料的制备参数，通过杂质原子引入中间能带形成多带隙，从而提高对各波段太阳光的利用率。探索掺杂CuGaS2薄膜材料的表面形貌和微观结构可控制备的规律，同时揭示其光吸收和电学性质与微观结构之间的内在关联。并用最佳条件下制备的薄膜材料研制太阳能电池器件，研究器件的转换效率、开路电压、短路电路及填充因子受实验参数的影响。这些工作的开展为研制高转换效率太阳能电池提供基础实验数据，具有重要的学术和应用价值。

结论摘要：

面向国家对洁净能源的重大战略需求，针对太阳电池中光损失导致的效率损失问题，本课题针对高效低成本的第三代太阳能电池前沿技术，选择具有全光谱利用前景、高性价比的多带隙太阳能电池薄膜材料为突破点，紧密围绕宽光谱多带隙CGS太阳电池薄膜材料的设计优化和制备开展深入研究。通过多种方法系统的研究了多带隙过渡金属掺杂黄铜矿CuGaS2太阳能电池薄膜材料的制备参数，探索出掺杂CuGaS2的形貌和微观结构可控制备的规律，同时揭示了其光吸收和电学性质与微观结构之间的内在关联。创新性的采用溶剂热法/成功制备出Ti/Sn/Cr/Fe/Pd等掺杂CuGaS2半导体材料。通过控制制备工艺参数，可以精确控制晶体的物相、化学组分、表面形貌、晶粒尺寸等。采用电沉积法制备出Ti/Sn/Fe等掺杂CuGaS2半导体薄膜。实验证实Ti /Sn/Fe等过渡金属掺杂后在CuGaS2的能带结构中引入了中间能级，能极大的提高对红外光的对吸收，促使光生电流增加。在薄膜太阳能电池应用方面有优异潜质。其中以Ti/Sn掺杂的光谱响应最好。电沉积方法所制备的薄膜从工艺和性能方面更优异于溶剂热法。这些前期的研究工作将直接指导多带隙CuGaS2太阳能电池异质结的设计、优化和制备，为高转换率的宽光谱多带隙CuGaS2太阳能电池异质结和器件的设计和制备奠定了坚实的基础。利用掺杂引入中间能带的CuGaS2材料作为p型吸收层材料，与n型半导体薄膜材料构成异质结太阳能电池，其吸收光子能量将扩展到0.7eV-2.5eV，将极大的提高对红外波段太阳光的利用率，从而提高薄膜太阳能电池的转换效率。我们很好地完成了预定目标。发表SCI论文8篇，培养硕士研究生6名，正在申请专利4项。