銅鋅錫硒薄膜太陽(yáng)能電池相關(guān)材料的研究

【摘要】：Cu2ZnSnSe4薄膜是一種具有直接帶隙的P型半導(dǎo)體材料,室溫下禁帶寬度為1.4～1.5eV,光吸收系數(shù)高達(dá)104cm-1,具有良好的光電特性,可以作為吸收層材料應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)能電池中。本文對(duì)Cu2ZnSnSe4薄膜太陽(yáng)能電池的理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料研究和制備等方面做了如下工作：首先我們采用直流磁控濺射法制備背接觸層,通過(guò)控制氣壓濺射雙層Mo膜,利用這種方法制備出的Mo不僅與玻璃襯底有很好的附著力,而且還有較低的電阻率,符合作為背接觸層的要求；其次我們采用化學(xué)水浴法制備CdS薄膜,通過(guò)優(yōu)化水浴溫度、溶液濃度、沉積時(shí)間等工藝參數(shù),沉積得到了均勻致密的CdS薄膜,適合作為Cu2ZnSnSe4薄膜電池的緩沖層；最后我們采用一步電沉積方法制備Cu-Zn-Sn預(yù)制膜,再經(jīng)過(guò)自行搭建的硒化裝置進(jìn)行硒化處理制備Cu2ZnSnSe4薄膜,研究了電解質(zhì)濃度、沉積電位、熱處理時(shí)間、熱處理溫度等工藝參數(shù)對(duì)薄膜的表面形貌、物相組成、化學(xué)成份等性能的影響和硒化反應(yīng)的機(jī)理,主要的研究結(jié)果如下： (1)研究了一步電沉積制備Cu-Zn-Sn預(yù)制膜技術(shù),優(yōu)化了電沉積工藝參數(shù),在電解質(zhì)溶液濃度分別為19mmol/L硫酸銅、70mmol/L硫酸鋅、10mmol/L四氯化錫、500mmol/L檸檬酸鈉的條件下,保持硒源溫度為300℃,襯底溫度在550℃下硒化處理,制備出了純凈且符合化學(xué)計(jì)量比的P型黃錫礦結(jié)構(gòu)的Cu2ZnSnSe4薄膜。 (2)研究了電沉積制備的Cu-Zn-Sn預(yù)制膜,在不同的襯底溫度下硒化處理制備的Cu2ZnSnSe4薄膜的反應(yīng)機(jī)理,初步明確了Cu2ZnSnSe4薄膜的生成過(guò)程。 【關(guān)鍵詞】：銅鋅錫硒 薄膜 濺射 電沉積 硒化 反應(yīng)機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致謝7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 太陽(yáng)能電池發(fā)展簡(jiǎn)介13-14
• 1.3 太陽(yáng)能電池種類14-17
• 1.3.1 硅基太陽(yáng)能電池14-16
• 1.3.2 無(wú)機(jī)多元化合物太陽(yáng)能電池16
• 1.3.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池16-17
• 1.4 太陽(yáng)能電池的工作原理及評(píng)價(jià)指標(biāo)17-20
• 1.4.1 光吸收17
• 1.4.2 光生伏特效應(yīng)17-18
• 1.4.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)18-20
• 1.5 Cu_2ZnSnSe_4薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及制備方法20-22
• 1.5.1 Cu_2ZnSnSe_4薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)20-21
• 1.5.2 Cu_2ZnSnSe_4薄膜的制備方法21-22
• 1.6 Cu_2ZnSnSe_4薄膜性質(zhì)及其電池的發(fā)展現(xiàn)狀22-23
• 1.7 本論文的主要研究工作23-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與設(shè)備24-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)24-25
• 2.1.1 背接觸層Mo的制備方案24
• 2.1.2 緩沖層CdS的制備方案24
• 2.1.3 吸收層Cu_2ZnSnSe_4的制備方案24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備25-26
• 2.2.1 真空鍍膜設(shè)備25
• 2.2.2 電化學(xué)沉積設(shè)備25
• 2.2.3 硒化處理設(shè)備25-26
• 2.3 測(cè)試設(shè)備26-31
• 2.3.1 X射線衍射26-28
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡28-29
• 2.3.3 拉曼光譜29
• 2.3.4 能量色散譜29-31
• 第三章 背接觸層Mo及緩沖層CdS薄膜的制備31-39
• 3.1 襯底的選擇及清洗31-32
• 3.2 Mo層的制備及表征32-34
• 3.3 化學(xué)浴沉積法制備CdS薄膜34-38
• 3.3.1 CdS的特性及作用34
• 3.3.2 化學(xué)浴沉積CdS薄膜的機(jī)理34-35
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析35-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 電化學(xué)沉積Cu_2ZnSnSe_4預(yù)制膜及硒化處理39-48
• 4.1 引言39
• 4.2 一步電化學(xué)沉積Cu-Zn-Sn預(yù)制膜及硒化39-43
• 4.2.1 電化學(xué)分析儀的工作原理39-41
• 4.2.2 硒化原理及裝置41
• 4.2.3 恒電位法沉積Cu-Zn-Sn預(yù)制膜41-42
• 4.2.4 不同配比Cu-Zn-Sn預(yù)制膜的硒化42-43
• 4.3 表征分析43-47
• 4.3.1 Cu_2ZnSnSe_4薄膜的表面形貌43-44
• 4.3.2 Cu_2ZnSnSe_4薄膜的成份44-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第五章 Cu-Zn-Sn預(yù)制膜的硒化機(jī)理研究48-59
• 5.1 引言48
• 5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程48-50
• 5.3 Cu-Zn-Sn預(yù)制膜的硒化機(jī)理研究50-57
• 5.3.1 Cu-Zn-Sn預(yù)制膜在硒化過(guò)程中的形貌及成份的演化50-51
• 5.3.2 Cu-Zn-Sn預(yù)制膜在硒化過(guò)程中的結(jié)構(gòu)和物象的演化51-57
• 5.4 黃錫礦結(jié)構(gòu)的Cu_2ZnSnSe_4薄膜的化學(xué)反應(yīng)生成路徑57-58
• 5.5 本章小結(jié)58-59
• 第六章 全文總結(jié)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文65

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