太陽能電池CIS粉體的回流反應(yīng)法制備及特性研究

【摘要】：CIS系太陽電池是最有潛力的薄膜太陽能電池之一,但復(fù)雜、難控的CIS系吸收層薄膜的制備技術(shù)是其實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。CIS系粉體材料的研發(fā)可為吸收層薄膜的制備提供多種簡潔的思路,有望大幅度改進(jìn)薄膜制備工藝、降低生產(chǎn)成本。本論文針對CIS系粉體材料的制備研究中存在的問題,對低成本、高質(zhì)量CIS系粉體的可量產(chǎn)化制備技術(shù)進(jìn)行了探索研究,以金屬氯化物和Se/S為原料,在適宜的有機(jī)溶劑中通過回流反應(yīng)法制備了CIS系粉體。開展的主要工作及研究結(jié)果簡述如下： (1)以乙二胺為溶劑,通過回流反應(yīng)結(jié)合快速熱處理的方法制備了CuInSe_2粉體；研究了各工藝參數(shù)對產(chǎn)物的影響,并分析了反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明,回流反應(yīng)產(chǎn)物為Cu和In的二元硒化物,通過熱處理可生成單相黃銅礦型CuInSe_2,產(chǎn)物元素配比接近理想比例；提高熱處理溫度和增加熱處理時間(30 min內(nèi))有利于CuInSe_2相的完全形成和結(jié)晶質(zhì)量的改善,但熱處理時間的延長對產(chǎn)物微觀形貌有不良影響；600℃/30 min是較佳的熱處理條件。 (2)以三乙烯四胺為溶劑,通過回流反應(yīng)直接制備了CIS粉體,研究了反應(yīng)溫度和時間等參數(shù)對產(chǎn)物各種性質(zhì)的影響,探討了合成機(jī)理。結(jié)果表明：以三乙烯四胺為溶劑可有效制備單相CuInSe_2粉體,并且反應(yīng)時間大大縮短,產(chǎn)物的元素配比良好,形貌規(guī)則。反應(yīng)溫度的提高有利于反應(yīng)的加快和良好的結(jié)晶,200℃/1～2 h是較佳的反應(yīng)條件。而同樣工藝條件用于CuInS_2粉體制備時,則出現(xiàn)少量二元雜相,采用三乙烯四胺+乙二醇混合溶劑可得到單相CuInS_2,相比CuInSe_2粉體,其成相更為容易,粒子更為細(xì)小均勻。 (3)采用三乙烯四胺+乙二醇混合溶劑通過回流反應(yīng)制備了CuIn(S_xSe_(1-x))_2粉體,研究了S的摻入效果和S含量對產(chǎn)物各種性質(zhì)的影響,并考察了不同S含量下CuIn(S_xSe_(1-x))_2的光學(xué)和電學(xué)性能。結(jié)果表明：制得的CuIn(S_xSe_(1-x))_2粉體為單相黃銅礦型結(jié)構(gòu),各元素比例與既定配比十分接近；產(chǎn)物微觀形貌良好,粒子接近球形且尺寸較小分布均勻；S的摻入對CIS材料的帶隙寬度有明顯的提升作用；隨S含量的增長,CuIn(S_xSe_(1-x))_2的載流子濃度逐漸減小,遷移率和電阻率逐漸增大,在S/(S+Se)為0～0.6的范圍內(nèi),CuIn(S_xSe_(1-x))_2為p型半導(dǎo)體,各電學(xué)特性符合作為太陽電池吸收層的要求。 【關(guān)鍵詞】：薄膜太陽能電池 CIS系粉體 回流反應(yīng) 光電性能
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TB383.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-29
• 1.1 太陽能電池的發(fā)展9-12
• 1.1.1 傳統(tǒng)能源危機(jī)與太陽能電池的發(fā)展9-10
• 1.1.2 太陽能電池的原理與種類10-11
• 1.1.3 薄膜太陽能電池的機(jī)遇與發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2 CIS系薄膜電池研究現(xiàn)狀12-21
• 1.2.1 CIS系薄膜電池的特點與效率進(jìn)展12-14
• 1.2.2 CIS材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)14-16
• 1.2.3 CIS系吸收層薄膜的制備方法16-19
• 1.2.4 存在問題與發(fā)展思路19-21
• 1.3 CIS粉體材料的研究現(xiàn)狀21-27
• 1.3.1 CIS系粉體材料的研究意義與應(yīng)用21-22
• 1.3.2 CIS系粉體的制備方法22-27
• 1.3.3 總結(jié)與思考27
• 1.4 本論文的研究目的與內(nèi)容27-29
• 第二章 CIS粉體的制備與性能表征方法29-37
• 2.1 所用試劑及設(shè)備29-30
• 2.2 實驗方案和內(nèi)容30-31
• 2.3 測試表征方法31-37
• 2.3.1 X射線衍射分析(XRD)31
• 2.3.2 拉曼光譜(Raman)31-32
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)32-33
• 2.3.4 X射線能譜儀(EDS)33
• 2.3.5 熱重—差熱分析(TG-DTA)33-34
• 2.3.6 紫外—可見光吸收光譜測試34
• 2.3.7 霍爾效應(yīng)測試34-37
• 第三章 CuInSe_2粉體的制備與合成機(jī)理探討37-55
• 3.1 溶劑對回流反應(yīng)產(chǎn)物的影響37-38
• 3.2 CuInSe_2粉體的兩步法制備38-46
• 3.2.1 前驅(qū)物物相與TG-DTA分析38-40
• 3.2.2 樣品的物相與結(jié)構(gòu)分析40-42
• 3.2.3 熱處理參數(shù)對產(chǎn)物的影響42-44
• 3.2.4 樣品的微觀形貌與化學(xué)組成44-46
• 3.3 CuInSe_2粉體的一步法制備46-53
• 3.3.1 物相分析與影響因素探討46-49
• 3.3.2 合成機(jī)理探討49-50
• 3.3.3 微觀形貌與化學(xué)組成50-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 第四章 CIS粉體的摻雜與光電特性55-65
• 4.1 CuInS_2粉體的結(jié)構(gòu)與特性55-58
• 4.1.1 物相與結(jié)構(gòu)55-57
• 4.1.2 微觀形貌57-58
• 4.1.3 化學(xué)組成58
• 4.2 Culn(S_xSe_(1-x))_2粉體的結(jié)構(gòu)與特性58-62
• 4.2.1 物相與結(jié)構(gòu)58-59
• 4.2.2 化學(xué)組成59-61
• 4.2.3 微觀形貌61-62
• 4.3 CIS粉體的光電特性62-64
• 4.3.1 光學(xué)性能分析62-63
• 4.3.2 電學(xué)性能分析63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第五章 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-77
• 致謝77-78
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果78

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苯基硫代膦酰二氯合成及超聲對其影響的研究    肖文靜

溶膠—凝膠工藝制備樣品及其光學(xué)性質(zhì)研究    冀會輝

新型立體位阻誘導(dǎo)單電子還原反應(yīng)研究    盛恩宏

含胺基稀土鐿絡(luò)合物和給電子配體的反應(yīng)研究    程林

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含取代茚基鋰、稀土金屬有機(jī)化合物的合成與結(jié)構(gòu)研究    李紅喜

含（3-吡啶亞甲基）茚基配位的二價稀土金屬絡(luò)合物的合成，表征及催化性能的研究    毛麗莉

十溴二苯醚催化合成及精制工藝和工藝條件優(yōu)化研究乙嘧硫磷合成初步研究    楊澤慧

新型水產(chǎn)誘食劑溴化DMPT的合成及應(yīng)用研究    宮向紅

醛的不對稱烯丙基化反應(yīng)研究    王成