旋涂法制備CuInS_2薄膜太陽能電池光吸收層

【摘要】： 銅銦硫(CuInS_2)薄膜太陽電池由于具有高的轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性、無毒等優(yōu)點(diǎn)而成為光伏界研究的熱點(diǎn)。本論文主要是從高效低成本的角度出發(fā),研究電池中的光吸收層的非真空制備工藝,以期能為CuInS_2薄膜太陽電池的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。具體工藝路線為:首先以共沉淀法制備銅銦的納米硫化物混合粉末,然后以該混合粉末在氫氣中退火得到的混合物為前驅(qū)物調(diào)制漿料并旋涂成膜,最后將預(yù)置膜在含有硫的氣氛中退火得到具有單一黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInS_2薄膜。 在論文中,首先考察了共沉淀反應(yīng)的pH值的變化對共沉淀產(chǎn)物的影響。分別選擇pH為1、3、5作為共沉淀的反應(yīng)條件,將所得沉淀分別在Ar氣氛中500 oC退火30min。X射線衍射(XRD)分析結(jié)果表明當(dāng)共沉淀的pH值為1時,所得沉淀燒結(jié)后只含有CuInS_2的黃銅礦相,不含有In2O3和CuO等雜相,因此確定pH=1是較為合適的共沉淀反應(yīng)pH值。 其次,考察了H2退火對制備的薄膜的影響。以共沉淀法所得的硫化物混合粉末及其在H2中退火后所得的混合粉末分別作為前驅(qū)物制備CuInS_2薄膜。掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能譜(EDS)、XRD以及Raman測試結(jié)果顯示,在這兩種薄膜中都形成了CuInS_2的黃銅礦相,但以在H2中退火后的粉體為前驅(qū)物制備的薄膜質(zhì)量顯著提高,薄膜的排列密度更高,雜質(zhì)相消失了,而且質(zhì)量也大大提高了。因此,對共沉淀所得硫化物粉末進(jìn)行H2退火是實(shí)驗(yàn)中必不可少的環(huán)節(jié)。吸收光譜測得制備的CuInS_2薄膜的帶隙約為1.45eV。論文還對硫化的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討,發(fā)現(xiàn)形成CuInS_2的過程是通過Cu-In合金的分解完成的。也就是說Cu-In合金中的Cu和In原子通過擴(kuò)散穿過最初形成的CuInS_2到達(dá)薄膜表面與S發(fā)生反應(yīng),即硫化過程是受原子的擴(kuò)散速率控制的。 最后,摸索了硫化過程的一些工藝參數(shù),如硫化的溫度、時間等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,520oC是比較好的硫化溫度,硫化時間為15min比較合適。 【關(guān)鍵詞】：銅銦硫 共沉淀 納米顆粒 旋涂 退火 擴(kuò)散控制
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 太陽能電池概述9-16
• 1.1.1 太陽能電池發(fā)展背景及意義9
• 1.1.2 太陽能電池發(fā)展歷程及現(xiàn)狀9-11
• 1.1.3 太陽能電池的分類11-12
• 1.1.4 太陽能電池的工作原理和基本特性12-16
• 1.1.4.1 太陽能電池的工作原理12-15
• 1.1.4.2 太陽能電池的基本特性15-16
• 1.2 CuInS_2薄膜太陽能電池簡介16-21
• 1.2.1 CuInS_2 薄膜太陽能電池的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀16
• 1.2.2 CuInS_2 薄膜太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化情況16-17
• 1.2.3 CuInS_2 薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)17-18
• 1.2.4 CuInS_2 材料的基本性質(zhì)18-19
• 1.2.5 CuInS_2 薄膜材料的制備19-21
• 1.2.5.1 真空蒸發(fā)法19-20
• 1.2.5.2 硫化法20-21
• 1.3 論文的選題及結(jié)構(gòu)21-23
• 1.3.1 選題目的及研究內(nèi)容21
• 1.3.2 論文的結(jié)構(gòu)21-23
• 第2章 旋涂法制備 CuInS_2薄膜以及樣品的表征方法23-28
• 2.1 旋涂法制備CuInS_2薄膜23-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑24
• 2.1.2 襯底材料的選擇及前處理24-25
• 2.1.3 納米前驅(qū)物混合粉末的制備25
• 2.1.4 H2 退火處理25
• 2.1.5 前驅(qū)物墨水的配制25-26
• 2.1.6 旋涂法制備預(yù)置薄膜26
• 2.1.7 薄膜的預(yù)處理以及硫化26-27
• 2.2 樣品表征方法27-28
• 第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析28-43
• 3.1 pH 值的變化對共沉淀產(chǎn)物的影響28-31
• 3.2 H2退火對制備的薄膜的影響31-37
• 3.2.1 表面形貌和EDS 結(jié)果分析31-34
• 3.2.2 XRD 分析34-35
• 3.2.3 Raman 結(jié)果分析35
• 3.2.4 光學(xué)性能35-36
• 3.2.5 硫化反應(yīng)機(jī)理探討36-37
• 3.3 硫化工藝參數(shù)的摸索37-43
• 3.3.1 硫化溫度對CuInS_2 薄膜的影響37-40
• 3.3.1.1 不同硫化溫度的CuInS_2 薄膜的XRD 分析38-39
• 3.3.1.2 不同硫化溫度的CuInS_2 薄膜的SEM 和EDS 分析39-40
• 3.3.2 硫化時間對CuInS_2 薄膜的影響40-43
• 3.3.2.1 XRD 分析40-41
• 3.3.2.2 SEM 表面形貌和EDS 結(jié)果分析41-43
• 第4章 結(jié)論43-45
• 4.1 研究成果43-44
• 4.2 存在問題及發(fā)展前景展望44-45
• 參考文獻(xiàn)45-47
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文47-48
• 致謝48

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