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摘要
传统常规能源的日益匮乏及其使用所造成的环境污染问题促使可再生能源特
别是太阳电池的研究和产业化迅速发展。晶体硅太阳电池目前占据90%的太阳电池
市场,居于产业主导地位,但由于硅原材料价格高昂,生产成本居高不下,阻碍了
此类太阳电池的进一步推广和应用。近年来,薄膜型太阳电池以其低成本、低能耗、
高性能等优点引起人们的关注。特别是CuInS2等I.III.V12族化合物薄膜太阳电池,
具有高理论转换效率、高光吸收系数、禁带宽度与太阳光匹配性好及热稳定性好等
优点,被看作是很有发展前景的下一代薄膜太阳电池候选材料,并成为当前的国际
研究热点。
本文在综述了CuInS2太阳电池研究现状的基础上,利用超声喷雾热解法和电化
学沉积法制备了光吸收层材料CuInS2薄膜和缓冲层材料In2S3薄膜,并对制得的薄膜
进行了系统的分析和表征。所采用的湿化学制备薄膜方法不需要真空条件,因而对设
备的要求不高,所需成本低,有利于产业化实现,同时还具有沉积薄膜的厚度易于控
制,成膜结构均匀致密等特点,具有较好的发展前景。
本论文取得的主要成果如下:
1.利用超声喷雾热解法可以制备均匀致密的CuInS2薄膜,薄膜的厚度在2~3
岬,薄膜呈n型。首先,在结合国内外研究和自身需求的前提下,自行研制了超声
喷雾热解法所需超声喷雾设备。其次,考察了超声喷雾热解法制备CuInS2过程中衬
底大小及摆放方式、溶液中Cu/In比、掺入无水乙醇体积的不同对沉积薄膜的影响。
结果表明当C们n摩尔比取1.2:l,掺入10%体积的乙醇,采用衬底大小较小,并
在喷雾头正下方采用整齐的摆放方式,得到的CuInS2薄膜最为理想。最后,研究了
不同后续快速热处理温度对薄膜性能的影响。研究表明,后续快速热处理会导致薄
膜的光吸收性能减弱。另外,通过对超声喷雾热解法制备的CuInS2薄膜的进行光吸
eV。
收性能测试,得到所制备的薄膜禁带宽度约为1.35
2.利用超声喷雾法辅助后续的RTP手段成功制备了均匀致密的In2S3薄膜,薄
膜厚度在638nm左右。研究发现薄膜的结晶性和晶粒尺寸随RTP温度增加而提高,
通过对In2S3薄膜的透射谱分析可以看出薄膜在可见光波段具有较好的光透性能,
禁带宽度约为2.25~2.38
eV,所制备的In2s3薄膜可望用于化合物薄膜太阳电池的
缓冲层材料。
3.利用电化学沉积可以制备均匀致密的CuInS2薄膜,薄膜的厚度在2~3“m,
薄膜呈p型。研究了溶液中不同铜铟摩尔比、pH值和络合剂含量对沉积薄膜的影
m10.025mo阮
响。结果表明:当铜铟摩尔比取I:I,pH值取4,并向溶液中加入20
柠檬酸钠作为络合剂时得到的薄膜呈现较好的CuInS2相,并且铜铟硫三者含量也最
符合化学计量比。同时,本章还研究了不同后续热处理温度对薄膜的影响,结果表
明:随着热处理温度的升高,薄膜呈现一种融化再结晶的过程,并且在550oC温度
下热处理后得到的薄膜具有最好的结晶性;同时,通过对薄膜进行光吸收性能分析,
发现450oC温度下热处理得到的薄膜在可见光波段具有最好的光吸收性能。通过计
eV,满足作为薄膜太阳电
算得到利用电化学沉积的CuInS2薄膜的禁带宽度为1.44
池的吸收层要求。
关键词:超声喷雾热解法,电化学沉积法,CuInS2,In2S3,薄膜太阳电池。
Ⅱ
Abstract
Withthe ofandseriousenVironmental cauSedthe
shortage pollutionproblemsby
useofconVentionaltherenewabIe theresearchand
ene唱y, ene唱
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