超聲噴霧熱解法太陽(yáng)能電池用CuInS_2及In_2S_3薄膜材料的制備與性能研究

【摘要】：能源是人類社會(huì)生存與發(fā)展的基礎(chǔ)之一。傳統(tǒng)能源的使用對(duì)環(huán)境造成了很大的破壞，在這一背景下，太陽(yáng)能電池逐漸成為研究開發(fā)的熱點(diǎn)。黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInS_2因具有高光吸收系數(shù)和高理論轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是極具潛力的一種薄膜太陽(yáng)能電池的吸收層材料。In_2S_3無毒性，性能穩(wěn)定，對(duì)可見光吸收較小,可替代CdS作為太陽(yáng)能電池緩沖層材料。 本文采用非真空、低成本的超聲噴霧熱解法，以CuCl_2,InCl_3和SC(NH_2)_2)為起始原料，制備了太陽(yáng)能電池CuInS_2吸收層薄膜和In_2S_3緩沖層薄膜，利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、四探針以及紫外-可見光分光光度計(jì)等分析測(cè)試手段，研究了襯底溫度、原子比、噴口到襯底的距離、沉積時(shí)間、退火溫度等對(duì)CuInS_2和In_2S_3薄膜晶體結(jié)構(gòu)、形貌、透光率、禁帶寬度Eg、導(dǎo)電性能等的影響，在此基礎(chǔ)上制備了p-CuInS_2/n-In_2S_3異質(zhì)結(jié)并研究其結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能。 研究結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)條件有利于制備性能優(yōu)良的CuInS_2薄膜，當(dāng)噴口到襯底的距離為10cm，沉積時(shí)間為10min，溶液中的Cu/In原子比為1.25，襯底溫度為320℃時(shí)，制備的薄膜平整均勻、致密性好，且有沿（112）面擇優(yōu)生長(zhǎng)的趨勢(shì)。薄膜的方塊電阻為125Ω/sq。此時(shí)制備的薄膜在可見光區(qū)的吸收率達(dá)到90%以上，禁帶寬度達(dá)到1.45eV。退火溫度對(duì)薄膜的性能影響明顯，樣品在500℃退火后，結(jié)晶性提高，晶粒生長(zhǎng)有明顯改善，而且在可見光區(qū)的吸收度有所增強(qiáng)。 制備的In_2S_3薄膜沿（220）晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)且無雜相出現(xiàn)，在襯底溫度為300℃、S/In=2的條件下制備的薄膜比較均勻致密，薄膜對(duì)可見光波段有較好的光透性能，平均透光率在80%左右，禁帶寬度達(dá)到2.46eV。隨著退火溫度從400℃升高到600℃，薄膜在可見光區(qū)的透光率逐漸下降到50%，禁帶寬度下降到2.37eV。 制備的p-CuInS_2/n-In_2S_3異質(zhì)結(jié)呈現(xiàn)出一定的整流特性，正向開啟電壓約為0.5V；當(dāng)偏置電壓從-3變化到+3V時(shí)，最大正向電流分別為24.8μA、21.2μA；該異質(zhì)結(jié)在反向電壓為-1V時(shí)出現(xiàn)明顯漏電流；CuInS_2與In_2S_3界面處的界面有缺陷和晶格失配是較低電壓下出現(xiàn)明顯漏電流的主要原因。 【關(guān)鍵詞】：超聲噴霧熱解 CuInS_2薄膜 In_2S_3薄膜 光電性能 p-CuInS_2/n-In_2S_3異質(zhì)結(jié)
【學(xué)位授予單位】：桂林電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)展概況9-10
• 1.3 太陽(yáng)能電池原理10
• 1.4 薄膜太陽(yáng)電池的發(fā)展概況10-12
• 1.5 CuInS_2 薄膜材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)12-14
• 1.6 CuInS_2 薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程14-16
• 1.7 CuInS_2 薄膜的主要制備方法16-19
• 1.8 緩沖層In_2S_3 薄膜研究概況19
• 1.9 本論文的研究意義和研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.9.1 論文的研究意義19-20
• 1.9.2 研究?jī)?nèi)容20-21
• 第二章 薄膜的制備過程及性能表征21-26
• 2.1 超聲噴霧熱解法制備CuInS_2 薄膜21-24
• 2.1.1 超聲噴霧熱解法設(shè)備21-22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑和實(shí)驗(yàn)儀器22-23
• 2.1.3 襯底的清洗23
• 2.1.4 薄膜樣品的制備過程23-24
• 2.2 薄膜性能表征測(cè)試設(shè)備24-26
• 2.2.1 X 射線衍射分析(XRD)24
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡分析24
• 2.2.3 紫外－可見光分光光度計(jì)24-25
• 2.2.4 電學(xué)性能的四探針法測(cè)量25-26
• 第三章 超聲噴霧熱解法CuInS_2 薄膜的制備與性能研究26-47
• 3.1 噴口-襯底距離對(duì)CuInS_2 薄膜結(jié)構(gòu)和形貌的影響26-28
• 3.2 沉積時(shí)間對(duì)CuInS_2 薄膜結(jié)構(gòu)和形貌的影響28-30
• 3.3 襯底溫度對(duì)CuInS_2 薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響30-35
• 3.3.1 襯底溫度對(duì)CuInS_2 薄膜結(jié)構(gòu)的影響31-32
• 3.3.2 襯底溫度對(duì)CuInS_2 薄膜形貌的影響32-33
• 3.3.3 襯底溫度對(duì)CuInS_2 薄膜電性能的影響33-34
• 3.3.4 襯底溫度對(duì)CuInS_2 薄膜光性能的影響34-35
• 3.4 Cu/In 原子比對(duì)CuInS_2 薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響35-41
• 3.4.1 Cu/In 原子比對(duì)CuInS_2 薄膜結(jié)構(gòu)的影響35-37
• 3.4.2 Cu/In 原子比對(duì)CuInS_2 薄膜組分的影響37
• 3.4.3 Cu/In 原子比對(duì)CuInS_2 薄膜形貌的影響37-38
• 3.4.4 Cu/In 原子比對(duì)CuInS_2 薄膜電性能的影響38-39
• 3.4.5 Cu/In 原子比對(duì)CuInS_2 薄膜光性能的影響39-41
• 3.5 退火溫度對(duì)CuInS_2 薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響41-45
• 3.5.1 退火溫度對(duì)CuInS_2 薄膜結(jié)構(gòu)的影響41-42
• 3.5.2 退火溫度對(duì)CuInS_2 薄膜形貌的影響42-43
• 3.5.3 退火溫度對(duì)CuInS_2 薄膜電性能的影響43-44
• 3.5.4 退火溫度對(duì)CuInS_2 薄膜光性能的影響44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-47
• 第四章 超聲噴霧熱解法In_2S_3 薄膜的制備與性能研究47-61
• 4.1 襯底溫度對(duì)In_2S_3 薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響47-51
• 4.1.1 襯底溫度對(duì)In_2S_3 薄膜結(jié)構(gòu)的影響47-48
• 4.1.2 襯底溫度對(duì)In_2S_3 薄膜形貌的影響48-49
• 4.1.3 襯底溫度對(duì)In_2S_3 薄膜電性能的影響49-50
• 4.1.4 襯底溫度對(duì)In_2S_3 薄膜光性能的影響50-51
• 4.2 S/In 比對(duì)In_2S_3 薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響51-55
• 4.2.1 S/In 比對(duì)In_2S_3 薄膜結(jié)構(gòu)的影響51-52
• 4.2.2 S/In 比對(duì)In_2S_3 薄膜形貌的影響52-53
• 4.2.3 S/In 比對(duì)In_2S_3 薄膜組分的影響53-54
• 4.2.4 S/In 比對(duì)In_2S_3 薄膜電性能的影響54
• 4.2.5 S/In 比對(duì)In_2S_3 薄膜光性能的影響54-55
• 4.3 退火溫度對(duì)In_2S_3 薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響55-60
• 4.3.1 退火溫度對(duì)In_2S_3 薄膜結(jié)構(gòu)的影響56-57
• 4.3.2 退火溫度對(duì)In_2S_3 薄膜形貌的影響57-58
• 4.3.3 退火溫度對(duì)In_2S_3 薄膜電性能的影響58-59
• 4.3.4 退火溫度對(duì)In_2S_3 薄膜光性能的影響59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 超聲噴霧熱解法CuInS_2/In_2S_3 異質(zhì)結(jié)的制備與性能研究61-65
• 5.1 樣品的制備61
• 5.2 電極的制備61-62
• 5.3 結(jié)果與討論62-64
• 5.3.1 CuInS_2/In_2S_3 異質(zhì)結(jié)薄膜的結(jié)構(gòu)分析62
• 5.3.2 CuInS_2/In_2S_3 異質(zhì)結(jié)的性能測(cè)試62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)65-66
• 6.2 對(duì)后續(xù)工作的展望和建議66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 作者在攻讀碩士期間的主要研究成果74

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

薄膜太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展    孔繼川;繆娟;

Effect of air annealing on the optical electrical and structural properties of In_2S_3 films    Metin BEDIR;Mustafa ZTAS;

超聲噴霧法制備In_2S_3薄膜及后續(xù)快速熱處理對(duì)薄膜性能的影響    陳雄飛;汪雷;楊德仁;

制約中國(guó)光伏市場(chǎng)發(fā)展的主要因素(上)    馬勝紅;李斌;陳東兵;陳光明;孫李平;張亞彬;熊燕;劉鑫;

Influence of post-grown treatments on CuInS_2 thin films prepared by sulphurization of Cu-In films    

CuInS_2微球的溶劑熱法制備、表征與光電化學(xué)性質(zhì)    梁春杰;龐起;王榮芳;

Cu/In原子比及硫化溫度對(duì)于CuInS_2薄膜性能影響    楊宇;張弓;莊大明;

薄膜太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀和展望    徐軼;朱德貴;

變電站光伏直流系統(tǒng)的研究與應(yīng)用    林航;陳曉明;

雙面太陽(yáng)電池垂直安裝發(fā)電性能的測(cè)試    王寧;吳昌宏;舒杰;

大型集中并網(wǎng)光伏電站硬件設(shè)計(jì)要求及安全保護(hù)    王志剛;龍維緒;崔海昱;鄧菊蓮;劉祖明;廖華;涂潔磊;

太陽(yáng)能高效路燈系統(tǒng)工作原理與設(shè)計(jì)    張鵬;

太陽(yáng)能光伏支架系統(tǒng)的應(yīng)用    李天下;

光伏控制器新型充電管理模式研究    普平貴;

基于PSIM的光伏模塊建模與電氣特性仿真    劉俊杰;張新燕;

薄膜太陽(yáng)電池研究綜述    藺旭鵬;強(qiáng)穎懷;肖裕鵬;徐明磊;

太陽(yáng)能組件自動(dòng)化裝配技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展    劉彬;伍凌川;彭旭;

光伏建筑一體化系統(tǒng)中光伏組件封裝工藝探討    陳志強(qiáng);

太陽(yáng)能級(jí)硅提純技術(shù)研究進(jìn)展    葉其輝;陳紅雨;

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展    岳恩;唐龍;羅順安;張平;

并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤技術(shù)研究    傅家祥;

太陽(yáng)能光伏技術(shù)與建筑應(yīng)用    李蔚;

國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與技術(shù)探討    羅堯治;饒力;

光伏建筑一體化防雷設(shè)計(jì)    孫忠欣;袁茂榮;鄔銘法;

管式擴(kuò)散中POCl_3使用量的測(cè)量及對(duì)擴(kuò)散工藝的影響    陳瓊;蔡希松;李鐘華;劉秀蘭;潘盛;劉志剛;孫鐵囤;

改良西門子法生產(chǎn)多晶硅降低生產(chǎn)成本的途徑分析    李光明;胥福順;鄧菊蓮;潘紅星;

太陽(yáng)能電站關(guān)于站址選擇的探討    姜軍海;宋春艷;

分布式電源的概率建模及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響    王敏

我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)及決策研究    朱震宇

金屬墨水法制備CuInS_2薄膜及太陽(yáng)電池    陳官璧

太陽(yáng)能電動(dòng)車關(guān)鍵技術(shù)研究    李春芳

基于酞菁銅的太陽(yáng)能電池的研究    劉一婷

熱絲化學(xué)氣相沉積制備硅氫薄膜及其性質(zhì)的研究    郭小松

蓄冷降溫式太陽(yáng)電池組件材料和熱特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究    秦紅

太陽(yáng)能熱光伏系統(tǒng)機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究    陳雪

光伏發(fā)電系統(tǒng)及其控制技術(shù)研究    曹太強(qiáng)

分布式風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)控制與最大功率跟蹤策略研究    劉立群

太陽(yáng)能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器研究    李本元

氧化物半導(dǎo)體的濕化學(xué)法制備    賈紅

光伏發(fā)電系統(tǒng)自適應(yīng)控制研究    李亭

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的MPPT及孤島檢測(cè)新方法的研究    于希洋

三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究    雷家寧

戶用光伏逆變電源系統(tǒng)研究    王恩

咔唑類染料敏化太陽(yáng)能電池制備研究    王忠原

一種新型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的研究    劉鳳龍

光伏建筑一體化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)    徐建國(guó)

碳熱還原歧化法制備高品質(zhì)硅的實(shí)驗(yàn)研究    呂東

太陽(yáng)能電池及材料研究    梁宗存,沈輝,李戩洪

染料敏化納米晶TiO_2太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展    郝三存,吳季懷,黃昀昉,范樂慶

有機(jī)染料敏化TiO_2納米晶多孔膜液體太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展    劉顯杰;王世敏;

納米TiO_2多孔膜的微結(jié)構(gòu)對(duì)染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池性能的影響    王華;王智;錢覺時(shí);唐笑;朱小紅;

聚合物本體異質(zhì)結(jié)型太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展    王彥濤,韋瑋,劉俊峰,張輝

CuInS_2薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)展現(xiàn)狀    方玲;李德仁;盧志超;周少雄;

聚合物太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展    黎立桂;魯廣昊;楊小牛;周恩樂;

多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的研制及發(fā)展趨勢(shì)    秦桂紅,嚴(yán)彪,唐人劍

染料敏化納米ZnO薄膜太陽(yáng)電池研究進(jìn)展    李萍;曾隆月;洪承浪;鐘海堅(jiān);鄺先飛;

新穎形貌銅銦硫微晶的溶劑熱合成及表征    張建學(xué);鄒菁;周金豪;張保華;

襯底溫度對(duì)In_2S_3薄膜結(jié)構(gòu)及其性能的影響    張嘯;王華;許積文;楊玲;任明放;

Mg摻雜濃度對(duì)Mg_xZn_(1-x)O薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響    趙婷婷;張海明;高波;朱彥君;

超聲噴霧熱解法制備半導(dǎo)體薄膜技術(shù)    王世凱;姜妍彥;唐乃嶺;李煥勇;胡志強(qiáng);

低溫制備透明SnO_2:F薄膜的光電性研究    雷智,馮良桓,張靜全,蔡亞平,蔡偉,鄭家貴,李衛(wèi),武莉莉,黎兵,夏庚培,鄢強(qiáng)

濺射沉積CuInSe_2、CuInS_2薄膜    劉祖明;劉滔;彭貴;

單步電沉積法制備CuInS_2薄膜    李娟;莫曉亮;孫大林;陳國(guó)榮;

BiSI棒狀納米晶薄膜的物性研究    周朕;王巍;殷鵬飛;高友祿;王聲樂;

具有高阻抗本征SnO_2過渡層的CdS/CdTe多晶薄膜太陽(yáng)電池    曾廣根;鄭家貴;黎兵;雷智;武莉莉;蔡亞平;李衛(wèi);張靜全;蔡偉;馮良桓;

Ag摻雜對(duì)ZnO薄膜的光電性能影響    王經(jīng)緯;邊繼明;梁紅偉;孫景昌;趙澗澤;杜國(guó)同;

Ag摻雜p型ZnO薄膜及其光電性能研究    王經(jīng)緯;邊繼明;孫景昌;梁紅偉;趙澗澤;杜國(guó)同;

超聲噴霧熱解法制備TiO_2光催化自清潔陶瓷及其性能研究    李達(dá);張軍;邵樂喜;卞洪飛;李東珂;楊元政;

超聲噴霧熱解法制備SnO_2:F薄膜及性能表征    任洋;趙高揚(yáng);沈潔;

化學(xué)水浴沉積時(shí)間對(duì)In_2S_3薄膜性能的影響    黃六一;欒兆菊;王峰;孟亮;

明膠輔助CuInS_2納米粒子的綠色合成    李向清;尹蝶兒;楊帆;康詩(shī)釗;穆勁;

In_2S_3的低溫制備及其對(duì)帶不同電荷染料的光催化機(jī)理研究    葛素香;張禮知;

CuInS_2量子點(diǎn)的制備及在量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池中的應(yīng)用    萬青翠;梅鳳嬌;徐雪青;徐剛;

簡(jiǎn)易的方法合成無機(jī)配體介導(dǎo)的CuInS_2納米晶    何敬敬;周文輝;武四新;

水溶液合成CuInS_2納米晶及其在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用    焦杰;周文輝;武四新;

CuInS_2量子點(diǎn)的水相合成及其在敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    胡星;張全新;黃小銘;李冬梅;羅艷紅;孟慶波;

超聲噴霧熱解技術(shù)制備ZnO納米片的研究    張霞;張曉丹;魏長(zhǎng)春;孫建;楊瑞霞;趙穎;

金屬墨水法制備CuInS_2薄膜及太陽(yáng)電池    陳官璧

In_2S_3、TiO_2/In_2S_3納微結(jié)構(gòu)薄膜的制備及其光電化學(xué)性質(zhì)研究    張麗娜

太陽(yáng)電池材料CuInS_2薄膜及其納米棒陣列研究    王震東

多元醇中CuInS_2和Cu_2ZnSnS_4納米結(jié)構(gòu)的合成及顆粒墨水法制備其薄膜    盛夏

ZnO：Al透明導(dǎo)電薄膜和ZnO發(fā)光器件的制備及特性研究    劉維峰

ZnO棒晶陣列的溶液生長(zhǎng)與CuSCN空穴傳輸層和CuInS_2光吸收層薄膜的電沉積    倪勇

高性能SnO_2電極制備、表征及應(yīng)用研究    姚培棟

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_2族硫化物亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)的溶劑熱合成與表征    齊云霞

結(jié)構(gòu)形貌多元化的納米級(jí)硫?qū)侔雽?dǎo)體液相合成、生長(zhǎng)機(jī)理及性能研究    杜衛(wèi)民

SnO_2低輻射薄膜的制備與光電性能研究    張波

超聲噴霧熱解法太陽(yáng)能電池用CuInS_2及In_2S_3薄膜材料的制備與性能研究    張嘯

濕化學(xué)法制備太陽(yáng)電池用硫銦銅及硫化銦薄膜的研究    陳雄飛

超聲噴霧熱解法ZnO薄膜的制備及其性能研究    鐘愛華

CuInS_2納米顆粒的制備與研究    陳星

ZnO/Si異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的制備    張籍權(quán)

化學(xué)沉積法制備CuInS_2薄膜及性能研究    黃燦領(lǐng)

CuInS_2量子點(diǎn)敏化鈦酸納米帶薄膜的制備、表征與物性研究    彭卓寅

CuInS_2薄膜的電沉積制備及其光電性能的研究    邵嬋

粉末涂敷法制備CuInS_2太陽(yáng)電池光吸收層的研究    沙磊

單源真空共蒸發(fā)制備CuInS_2光伏薄膜    謝俊葉