后處理工藝對CuInS_2薄膜及太陽能電池的光電性能的影響

【摘要】：Cu In S2是一種重要的三元I-III-VI2族化合物直接帶隙半導(dǎo)體材料,禁帶寬度為1.5e V,與太陽能電池所需的最佳值(1.45e V)接近,是理想的太陽能電池材料。其光吸收系數(shù)高達(dá)105cm-1,而且還具有無毒、抗輻射能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。本論文主要采用真空蒸發(fā)法制備Cu In S2薄膜以及利用不同后處理工藝對Cu In S2薄膜光電性能進(jìn)行研究;同時(shí),制備和研究了如下結(jié)構(gòu)的多層太陽能電池:玻璃/Mo/CIS/Cd S/i-Zn O:Zn O(Al)/Al。通過使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外可見光譜(UV-Vis)、原子力顯微鏡(AFM)、拉曼光譜(Raman)等測試手段對相關(guān)材料的結(jié)構(gòu)和光電性能進(jìn)行表征研究。主要研究結(jié)果如下:1.真空蒸發(fā)法制備的Cu In S2薄膜比較致密,形成了均勻連續(xù)的薄膜。經(jīng)過400oC硫氛圍慢速退火后,形成了沿(112)擇優(yōu)取向的黃銅礦結(jié)構(gòu)的Cu In S2薄膜,薄膜光電性能得到明顯改善。2.利用功率為6.8W的氬等離子轟擊Cu In S2薄膜的表面,轟擊不同的時(shí)間。研究發(fā)現(xiàn),氬等離子轟擊提高了薄膜的吸收率,薄膜表面的團(tuán)簇粒子被有效去除,表面粗糙度降低,致密度非常好;并且隨著轟擊時(shí)間的增加,薄膜電阻率降低。3.利用溴甲醇溶液腐蝕Cu In S2薄膜,能有效去除薄膜表面的CuxS團(tuán)簇粒子,取10μl和25μl溴分別跟100ml甲醇溶液混合,形成二種腐蝕液,并腐蝕不同時(shí)間。通過XRD和AFM等測試發(fā)現(xiàn),在相同腐蝕濃度下,隨著腐蝕時(shí)間的增加,薄膜表面變得更加平坦,薄膜電阻率降低,吸收率增加。4.對Cu In S2太陽能電池的Mo、Cd S、Zn O薄膜進(jìn)行了工藝優(yōu)化研究,并得到如下較優(yōu)的工藝。采用磁控濺射,分別在濺射功率80W,氬氣壓強(qiáng)1.4Pa,濺射1min和濺射功率60W,氬氣壓強(qiáng)0.2Pa濺射10min制備出了粘附性好,電阻率低的雙層Mo背電極。采用水浴法加熱制備均勻連續(xù)的緩沖層Cd S薄膜,工藝方案為:20m L濃度為0.1mol/L的Zn(NO3)2,0.5ml氨水,1.5m L水合肼,2m L濃度為1mol/L的醋酸銨,20m L濃度為0.2mol/L的硫脲,形成混合溶液,最后加入干凈的襯底,將溶液加熱至80oC,1h后取出襯底。采用磁控濺射法,在濺射功率為160W,氬氣壓強(qiáng)為1.3Pa的條件下分別濺射10min、30min制備了光透過率比較高的i-Zn O和電阻率低的摻Al Zn O薄膜。 【關(guān)鍵詞】：Cu InS2薄膜 熱退火 溴甲醇腐蝕
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 研究背景13
• 1.2 太陽能電池的工作原理13-14
• 1.3 太陽能電池的分類14-18
• 1.3.1 硅系太陽能電池15-16
• 1.3.2 染料敏化納米晶太陽能電池16
• 1.3.3 多元化合物薄膜太陽能電池16-18
• 1.4 CuInS_2 太陽電池簡介18-23
• 1.4.1 CuInS_2 材料的性質(zhì)18-20
• 1.4.2 CuInS_2 薄膜的制備方法20-23
• 1.4.3 CuInS_2 電池的發(fā)展歷程23
• 1.5 論文的研究目的、意義和內(nèi)容23-25
• 第二章 CuInS_2薄膜以及器件的實(shí)驗(yàn)方法和表征測試介紹25-35
• 2.1 CuInS_2 薄膜的制備以及后處理工藝25-27
• 2.1.1 襯底的處理25
• 2.1.2 CuInS_2 薄膜的制備25-27
• 2.1.3 CuInS_2 薄膜的后處理27
• 2.2 CuInS_2 薄膜太陽能電池的設(shè)計(jì)與制備27-29
• 2.2.1 Mo薄膜背接觸層28
• 2.2.2 CuInS_2 薄膜吸收層28
• 2.2.3 CdS緩沖層28
• 2.2.4 i-ZnO/ZnO(Al) 窗口層28-29
• 2.3 表征、測試設(shè)備介紹29-35
• 2.3.1 X射線衍射儀29-30
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡分析30
• 2.3.3 能譜分析30-31
• 2.3.4 紫外-可見分光光度計(jì)31
• 2.3.5 拉曼光譜儀31-32
• 2.3.6 臺階儀32
• 2.3.7 霍爾效應(yīng)測試系統(tǒng)32-33
• 2.3.8 原子力顯微鏡33-35
• 第三章 CuInS_2薄膜的表征與研究35-49
• 3.1 CuInS_2 薄膜的退火處理35-36
• 3.1.1 XRD分析35-36
• 3.1.2 CuInS_2 薄膜的Raman分析36
• 3.2 CuInS_2 薄膜的等離子刻蝕36-41
• 3.2.1 XRD分析36-37
• 3.2.2 形貌分析37-38
• 3.2.3 紫外可見吸收光譜分析38-40
• 3.2.4 電學(xué)性能分析40-41
• 3.3 CuInS_2 薄膜的溴甲醇腐蝕41-47
• 3.3.1 XRD分析41-42
• 3.3.2 形貌及成分分析42-44
• 3.3.3 原子力顯微鏡44-45
• 3.3.4 紫外可見吸收光譜分析45-47
• 3.3.5 電學(xué)性能分析47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第四章 CuInS_2太陽能電池各層薄膜的表征與研究49-59
• 4.1 背電極Mo層的分析49-51
• 4.1.1 XRD分析49-50
• 4.1.2 AFM分析50-51
• 4.1.3 紫外可見吸收光譜分析51
• 4.1.4 電學(xué)性能分析51
• 4.2 緩沖層CdS層的分析51-53
• 4.2.1 XRD分析51-52
• 4.2.2 拉曼光譜分析52-53
• 4.3 窗口層ZnO層的分析53-57
• 4.3.1 XRD分析53-54
• 4.3.2 紫外可見光譜分析54-55
• 4.3.3 AFM測試55-57
• 4.3.4 電學(xué)性能分析57
• 4.4 CuInS_2 太陽能電池性能57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 結(jié)論與展望59-62
• 5.1 結(jié)論59-60
• 5.2 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文67-68
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間所作的項(xiàng)目68-69
• 致謝69

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