銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池相關(guān)材料研究

【摘要】：本文首先對(duì)銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的底電極鉬電極進(jìn)行了研究，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的磁控濺射儀器的功率，氬氣壓，靶間距，襯底溫度等沉積參數(shù)，在比較高氬壓，低氬壓情況下沉積的兩層鉬膜結(jié)構(gòu)，高氬壓，橋梁氬壓，低氬壓情況下沉積的三層鉬膜結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)具有橋梁氬壓所沉積的三層鉬膜能承受更大的厚度，在相同厚度的情況下，三層鉬膜具有更好的吸附性。對(duì)制得的樣品用X射線衍射儀（XRD）,掃描電鏡（SEM），四探針電阻測(cè)試儀等進(jìn)行了檢測(cè)。 采用溶劑熱/水熱法路線，研究了制備溫度等工藝對(duì)合成CIS粉體物象等的影響。本文以硝酸銅，硝酸銦，硒粉為主要原料，乙二胺為反應(yīng)溶劑，在反應(yīng)釜為制備儀器，研究了不同反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間等合成條件下對(duì)反應(yīng)物象和形貌的影響。結(jié)果表明：在反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為18h，在160°C，180°C，200°C的變化溫度里，180°C為最佳的制備溫度，在反應(yīng)溫度設(shè)定為180°C時(shí)，在12h，18h，24h，30h，36h的制備時(shí)間里，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間為30h時(shí)，能制得物象最純的CIS粉體 透明導(dǎo)電薄膜由于其透明，導(dǎo)電的性質(zhì)，使之成為太陽(yáng)能電池電極材料（底電極，上電極），窗口層的最佳選擇，本文探索制備了Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5, MoO3/Ag/Mo/MoO3等透明導(dǎo)電薄膜的制備研究，主要制備儀器為磁控濺射儀,對(duì)制得的薄膜用霍爾測(cè)試儀，四探針電阻測(cè)試儀，紅外-紫外分光光度計(jì)等對(duì)薄膜的方阻，電阻率，透射率等進(jìn)行了研究。用射頻磁控濺射沉積Nb_2O_5薄膜和用直流磁控濺射沉積Ag薄膜在石英玻璃襯底上制備成的Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多層導(dǎo)電薄膜，多層薄膜電極有比現(xiàn)今廣泛使用的透明導(dǎo)電氧化物更低的薄膜電阻，Ag層以變化不同的厚度來(lái)作為中間金屬夾層，它的厚度在2nm到7nm間變化，銀層從低厚度時(shí)的島狀結(jié)構(gòu)向厚度大于5nm后的連續(xù)的薄膜狀態(tài)變化，最佳的Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多層導(dǎo)電薄膜在可見(jiàn)光區(qū)具有超過(guò)85%的透過(guò)率，同時(shí)具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性而可以適用于電學(xué)器件當(dāng)中，同時(shí)本實(shí)驗(yàn)中研究了不同襯底溫度對(duì)多層薄膜的性質(zhì)的影響，多層薄膜的薄膜電阻先隨襯底溫度的升高而降低，但是隨后在溫度大于100°C后隨溫度的升高而升高。在襯底溫度為100°C時(shí)，可以獲得薄膜電阻為6.7/sq，和平均透過(guò)率接近85%的透明導(dǎo)電薄膜，該薄膜的優(yōu)良性質(zhì)可被適用于透明導(dǎo)電電極。 新型的透明導(dǎo)電薄膜電極MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多層薄膜用直流濺射順序沉積Ag, Mo和MoO_3薄膜制備出來(lái)，不同厚度的銀層首先被用來(lái)作為中間層，其中最佳的銀層厚度被選定為5nm，在這個(gè)厚度下可以得到最佳的透過(guò)率和導(dǎo)電性配置，這類薄膜里，MoO_3薄膜厚度設(shè)定為20nm，Mo薄膜厚度設(shè)定為約2nm,這里的Mo薄膜是作為保護(hù)層，隨后，我們?cè)O(shè)定Ag層厚度為5nm而變化多層薄膜的底層和頂層的MoO_3薄膜的厚度，MoO_3薄膜厚度變化在5nm和30nm之間，最佳的MoO_3薄膜厚度被確定在15nm，這些多層薄膜在可見(jiàn)光區(qū)有良好的光學(xué)透過(guò)性，這種高質(zhì)量的透明電極，有低至5.7/sq的薄膜電阻，在490nm處有高于90%的透過(guò)率，在可見(jiàn)光區(qū)的平均透過(guò)率約為75%。MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多層薄膜電極這些優(yōu)勢(shì)適合當(dāng)作染料敏化薄膜太陽(yáng)能電池和銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池的底電極和窗口層。 【關(guān)鍵詞】：三層鉬膜結(jié)構(gòu) CIS Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5 MoO_3/Ag/Mo/MoO_3
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 太陽(yáng)電池的原理10-12
• 1.2 太陽(yáng)能電池的應(yīng)用領(lǐng)域12
• 1.3 太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀12-13
• 1.4 太陽(yáng)能電池的種類及特性比較13-15
• 1.5 薄膜太陽(yáng)能電池15-17
• 1.6 透明導(dǎo)電薄膜17
• 1.7 本論文的研究目的和內(nèi)容17-18
• 參考文獻(xiàn)18-20
• 第二章 CIS 薄膜太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介20-28
• 2.1 CIGS 薄膜的一些簡(jiǎn)介20-21
• 2.2 CIS 的制備方法研究現(xiàn)狀21-24
• 2.2.1 真空蒸發(fā)法21-22
• 2.2.2 磁控濺射方法22
• 2.2.3 分子束外延方法22-23
• 2.2.4 電沉積23
• 2.2.5 絲網(wǎng)印刷法23
• 2.2.6 噴涂熱解法23-24
• 2.2.7 涂抹法24
• 2.3 CIS 系列電池電池結(jié)構(gòu)24-26
• 參考文獻(xiàn)26-28
• 第三章 三層鉬薄膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和電學(xué)性能研究28-36
• 3.1 引言28-29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)29
• 3.3 結(jié)果和討論29-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 參考文獻(xiàn)35-36
• 第四章 硝酸鹽作為源材料制備 CuInSe_2粉末36-46
• 4.1 引言36-37
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程37-38
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論38-43
• 4.3.1 反應(yīng)機(jī)理38-39
• 4.3.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成 CuInSe_2粉體物相的影響39-40
• 4.3.3 溫度對(duì)合成 CuInSe_2粉體物相的影響40-41
• 4.3.4 產(chǎn)物的形貌分析41-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 參考文獻(xiàn)44-46
• 第五章 Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多層導(dǎo)電薄膜的制備46-58
• 5.1 引言46-47
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分47-48
• 5.2.1 Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多層薄膜的制備47
• 5.2.2 薄膜表征47-48
• 5.3 結(jié)果和分析48-53
• 5.3.1 Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5的示意結(jié)構(gòu)圖48
• 5.3.2 銀層厚度對(duì) Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多層膜性質(zhì)的影響48-52
• 5.3.3 襯底溫度的影響52-53
• 5.4 結(jié)論53-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 第六章 室溫下在玻璃襯底上制備 MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多層導(dǎo)電薄膜58-70
• 6.1 引言58-59
• 6.2 實(shí)驗(yàn)59
• 6.3 結(jié)果和討論59-67
• 6.3.1 MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多層薄膜的示意結(jié)構(gòu)圖59-61
• 6.3.2 銀層厚度對(duì) MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多層薄膜性能的影響61-64
• 6.3.3 MoO_3薄層厚度對(duì) MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多層薄膜性能的影響64-67
• 6.4 本章小結(jié)67-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 第七章 結(jié)論70-72
• 攻讀碩士期間完成的論文72-73
• 致謝73-74

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