銅銦硒太陽能電池緩沖層及窗口層的制備

【摘要】：進(jìn)入21世紀(jì)首先最為關(guān)注的就是能源與環(huán)境的問題，全球能源的不斷消耗和環(huán)境的日益污染，使得人們都極力尋找一種新型材料以減少對(duì)環(huán)境造成的污染，因此太陽能電池這一清潔能源受到了人們的高度關(guān)注，銅銦硒（CIS）太陽能電池具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)被廣泛認(rèn)可。ZnS由于穩(wěn)定性好、無毒無害，藍(lán)光響應(yīng)速度快，與CdS相比有極大的優(yōu)越性，被用于CIS電池的緩沖層；ZnO薄膜禁帶寬度大、易于摻雜，在可見光范圍透過率大用于CIS太陽能電池的窗口層。兩種薄膜的制備方法有很多，其中電沉積法工藝簡(jiǎn)單，有較高的生產(chǎn)率，而且成本低廉，適合大面積沉積，引起高度重視。 本論文采用電沉積法制備ZnO和ZnS薄膜。首先對(duì)導(dǎo)電玻璃(FTO)基體進(jìn)行前處理，然后配制電解液，ZnO選擇硝酸鋅與硝酸鈉的混合液作為電解液，ZnS選擇硫酸鋅、硫代硫酸鈉及檸檬酸鈉的混合液作為電解液。在此基礎(chǔ)上分別沉積兩種薄膜，通過正交試驗(yàn)對(duì)ZnO薄膜的制備工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，通過單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)ZnS薄膜的制備工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，最終得到了制備兩種薄膜的最佳工藝條件。 在實(shí)驗(yàn)中，采用線性掃描伏安曲線測(cè)試探究ZnO薄膜的反應(yīng)機(jī)理；采用X射線衍射（XRD）對(duì)ZnO和ZnS薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析；采用冷熱探針實(shí)驗(yàn)對(duì)ZnO及ZnS薄膜半導(dǎo)體類型進(jìn)行分析；采用掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)對(duì)ZnO及ZnS薄膜的表面形貌進(jìn)行分析；采用能譜分析(EDS)及X射線光電子光譜(XPS)對(duì)薄膜的表面元素含量及成分進(jìn)行了分析；采用紫外-可見分光光度計(jì)對(duì)兩種薄膜的光學(xué)透過率進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，Zn2+濃度越大，ZnO薄膜的沉積速率就越快；所制備的兩種薄膜均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)；均為n型半導(dǎo)體。制備的ZnO薄膜結(jié)構(gòu)致密，分布均勻，孔隙率較小，雜質(zhì)含量少；制備的ZnS薄膜結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合良好；ZnO薄膜透過率在可見光范圍內(nèi)達(dá)到80%以上，ZnS達(dá)到40%以上，ZnS薄膜禁帶寬度為3.68eV。 【關(guān)鍵詞】：氧化鋅 硫化鋅 電沉積 透過率
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 銅銦硒太陽能電池緩沖層及窗口層的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)10-12
• 1.2 ZnS 及 ZnO 薄膜工藝研究進(jìn)展及發(fā)展前景12-15
• 1.2.1 ZnO 及 ZnS 薄膜的研究進(jìn)展12-14
• 1.2.2 ZnO 及 ZnS 薄膜的發(fā)展前景14-15
• 1.3 本課題的研究目的及主要內(nèi)容15-17
• 1.3.1 本課題的研究目的15
• 1.3.2 本課題的主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法及測(cè)試手段17-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)17-21
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)所需原料及設(shè)備17-18
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)方案18-19
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)工藝流程19-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原理21-25
• 2.2.1 電沉積 ZnO 機(jī)理21-23
• 2.2.2 電沉積 ZnS 機(jī)理23
• 2.2.3 薄膜禁帶寬度的計(jì)算23-25
• 2.3 測(cè)試方法25-27
• 2.3.1 X 射線衍射（XRD）分析25
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）及能譜（EDS）分析25
• 2.3.3 原子力顯微鏡（AFM）分析25-26
• 2.3.4 X 射線光電子光譜（XPS）分析26
• 2.3.5 紫外-可見分光光度測(cè)試26
• 2.3.6 電學(xué)性能測(cè)試26
• 2.3.7 冷熱探針實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 電沉積 ZnO 薄膜及其性能分析28-34
• 3.1 電沉積 ZnO 薄膜最優(yōu)工藝的確定28-30
• 3.2 ZnO 薄膜性能測(cè)試分析30-33
• 3.2.1 X 射線衍射（XRD）分析30-31
• 3.2.2 薄膜半導(dǎo)體類型分析31
• 3.2.3 薄膜表面形貌分析31-33
• 3.2.4 紫外-可見分光光度測(cè)試分析33
• 3.3 本章小結(jié)33-34
• 第4章 電沉積 ZnS 薄膜及其性能分析34-44
• 4.1 電沉積法制備 ZnS 薄膜的單因素實(shí)驗(yàn)34-40
• 4.1.1 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)34-36
• 4.1.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析36-40
• 4.2 電沉積法制備 ZnS 薄膜性能分析40-42
• 4.2.1 X 射線衍射（XRD）分析40
• 4.2.2 薄膜半導(dǎo)體類型分析40-41
• 4.2.3 薄膜表面形貌分析41
• 4.2.4 薄膜表面成分與結(jié)構(gòu)分析41-42
• 4.2.5 紫外-可見分光光度分析42
• 4.3 本章小結(jié)42-44
• 結(jié)論44-46
• 參考文獻(xiàn)46-49
• 附錄49-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文55-56
• 致謝56

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