化學浴沉積法制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層材料CdS

【摘要】：當前,隨著化石能源的日益枯竭以及環(huán)境污染等問題迫使人們尋求可替代的再生新能源。而且光伏產業(yè)正在成為各國經濟發(fā)展的戰(zhàn)略新興產業(yè)。其中作為第三代的薄膜太陽能電池銅銦鎵硒(CIGS)也在逐漸產業(yè)化。然而,在如何進一步提高電池效率以及大規(guī)模產業(yè)化確保重復性方面還存在很多障礙。銅銦鎵硒太陽能電池涉及很多層薄膜材料的制備,工藝復雜,每一層材料的制備都會對電池性能有影響。本論文就化學浴沉積法合成緩沖層材料CdS薄膜的工藝及其生長機制進行了一些研究。 化學浴沉積法制備CdS薄膜主要涉及到兩種機制:ion-by-ion和cluster-by-cluster;兩種機制生長出來的薄膜具有不同的物理性質。條件的改變(如溫度、濃度、pH值、沉積時間等)會對薄膜的生長速率,表面形貌,晶體結構,光學性質等產生很大的影響。由于反應物濃度和pH值的影響在文獻中已經有很多報道,本文著重選取了沉積溫度和時間對薄膜性能的影響。 在60oC、70oC、80oC、90oC條件下,沉積不同時間得到CdS薄膜,對其進行SEM、XRD以及OT表征,根據(jù)Urbach公式計算帶隙。隨著沉積溫度的增加,薄膜生長速率加快直到達到飽和厚度,然后由于剝蝕,進一步反應薄膜厚度會降低。本文提出,不論溫度,薄膜的生長一開始由ion-by-ion機制占主導,隨著時間的進行,cluster-by-cluster機制控制著反應。并從表面形貌,晶體結構,帶隙值變化等方面對這一生長機制作出了合理的解釋。 另外,盡管銅銦鎵硒太陽能電池在未來幾年仍有很大發(fā)展?jié)摿?但由于銦在地殼中的分布量比較小,其最終勢必會受到限制。類似銅銦鎵硒(CuInxGa1‐xSe2)薄膜的銅鋅錫硫薄膜(Cu2ZnSnS4)正在引起實驗室的廣泛關注。它們具有相同的黃銅礦晶體結構,類似的光電性質。銅鋅錫硫薄膜的直接帶隙為1.4ev‐1.5ev,其中的各種基本元素在地殼中分布廣泛且無毒。且目前采用共蒸發(fā)法,效率為6.77%的CZTS太陽能電池已經被制備出。因此,本論文在非真空法制備CZTS薄膜方面也做了一些初步的探索。 利用Sol‐Gel法合成金屬前驅體,在氫氣氛中退火,最后硫化的過程得到CZTS薄膜。 【關鍵詞】：化學浴沉積 CdS薄膜 非真空法 CZTS薄
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-22
• 1.1 本課題研究的背景及意義7-8
• 1.2 太陽能電池的分類及基本原理8-15
• 1.2.1 無機半導體太陽能電池原理9-12
• 1.2.2 染料敏化納米晶太陽能電池原理12-13
• 1.2.3 有機太陽能電池原理13-15
• 1.3 銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池15-19
• 1.3.1 薄膜太陽能電池研究綜述15
• 1.3.2 CIGS 薄膜太陽能電池結構15-18
• 1.3.3 CIGS 薄膜太陽能電池研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本章小結19-20
• 參考文獻20-22
• 第二章 CdS 多晶薄膜及CIGS 緩沖層材料22-39
• 2.1 CdS 薄膜的性質22
• 2.2 CdS 多晶薄膜的常見制備方法22-28
• 2.2.1 化學浴沉積法（CBD）22-24
• 2.2.2 電化學沉積法24-26
• 2.2.3 近空間升華法（CSS）26-27
• 2.2.4 真空蒸發(fā)與磁控濺射27-28
• 2.3 CdS 多晶薄膜的應用28-30
• 2.3.1 CdS/CdTe 異質結太陽能電池28-30
• 2.4 CIGS 太陽能電池緩沖層材料30-36
• 2.4.1 晶格失配率的計算30-31
• 2.4.2 異質結的能帶結構31-34
• 2.4.3 緩沖層材料的發(fā)展34-36
• 2.5 本章小結36-37
• 參考文獻37-39
• 第三章 溫度和時間對化學浴沉積法制備多晶CdS 薄膜性能的影響39-59
• 3.1 引言39-41
• 3.2 實驗過程41-45
• 3.3 薄膜的生長速率45-47
• 3.3.1 阿倫尼烏斯方程46-47
• 3.4 溫度和沉積時間對薄膜表面形貌的影響47-48
• 3.5 XRD 表征薄膜的晶體結構48-51
• 3.6 多晶CdS 薄膜的紫外‐可見‐紅外光透射譜51-52
• 3.7 CdS 多晶薄膜的帶隙值分析52-56
• 3.7.1 透射光譜計算薄膜帶隙52-54
• 3.7.2 CdS 多晶薄膜帶隙值變化54-56
• 3.8 本章小結56-57
• 參考文獻57-59
• 第四章 非真空法制備 CZTS 薄膜的初步探索59-67
• 4.1 CZTS 薄膜概述59-61
• 4.2 CZTS 薄膜的制備61-63
• 4.3 CZTS 薄膜的表征63-64
• 4.3.1 SEM 及EDX 表征63-64
• 4.3.2 XRD 表征64
• 4.4 本章小結64-65
• 參考文獻65-67
• 致謝67-68
• 在讀期間發(fā)表的學術論文68

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