納米晶膠體墨水技術CuInSe_2黃銅礦薄膜的制備、表征與光伏應用

【摘要】：CuInSe_2材料以其優(yōu)越的性能,在薄膜太陽能電池領域有著重要的作用和廣闊的發(fā)展前景。本文以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑利用熱溶劑法制備出了CuInSe_2納米顆粒;以N-甲基吡咯烷酮和丙三醇(Glycerin)的混合溶劑作為溶劑利用熱注法制備出了CuInSe_2墨水;并利用得到的墨水制備出了CuInSe_2薄膜。通過XRD、FESEM、TEM、HRTEM、EDS、XPS、UV-vis-NIR對納米顆粒、墨水以及薄膜進行了表征,研究了溶劑種類、添加物、注入/回流溫度、保溫時間、原料比例、熱處理溫度,方式等對于產物的影響,分析了合成體系的化學反應機理及納米粒子的成核生長。利用制備的CuInSe_2薄膜與CdS組裝成薄膜太陽能電池,并測定了光電性能。 實驗結果顯示,以N-甲基吡咯烷酮作為溶劑利用熱溶劑法制備出的CuInSe_2納米粒子為純CuInSe_2相;大范圍內的納米粒子有輕微團聚,且納米粒子的尺寸在30~50nm之間,納米粒子為多邊形的,形狀不規(guī)則,納米粒子的結晶性較好;納米粒子的化學計量比同原料中的各元素的摩爾比基本保持一致;合成反應過程中Se的還原過程為Se~(4+)→Se~0→Se~(2-),并伴有中間相Cu_(2-x)Se的生成。 以N-甲基吡咯烷酮和丙三醇的混合溶劑作為溶劑利用熱注法制備CuInSe_2墨水時,NMP/Glycerin的比例為1:2最為適合;保溫時間20min即可,延長保溫時間沒有意義;較低的注入/回流溫度所得到的墨水中會有Se單質產生,且粒子尺寸不均勻,在更高的注入/回流溫度下可以得到純CuInSe_2相,粒子尺寸比較均勻;墨水的化學計量比的變化趨勢與原料的摩爾比的變化趨勢基本保持一致。 不同注入/回流溫度下所得到的墨水制備的薄膜在500℃下熱處理20min后,薄膜中不會產生雜相,注入溫度為190℃的墨水制備的薄膜致密性以及光學性能最好;薄膜的化學劑量比的變化趨勢與墨水的變化趨勢是一致的,化學計量比對薄膜表面形貌影響不大,薄膜化學計量越接近于1:1:2,則禁帶寬度越接近于1.04eV;熱處理溫度有助于提高薄膜的結晶性,當熱處理溫度過高時,薄膜中會有缺陷和雜相的生成;壓燒和多次熱處理的方式不能起到提高薄膜的質量的作用。 ITO/CdS/CuInSe_2/C異質結構的I-V整流特性曲線具有良好的非線性特征,暗態(tài)時具有一個較小的短路電流,約為7μA/cm~2,在光照條件下,其開路電壓和短路電流分別為135mV和27μA/cm~2,說明了ITO/CdS/CuInSe_2/C電池具有一定的光電轉換性能。 【關鍵詞】：銅銦硒納米粒子 墨水法 N-甲基吡咯烷酮 熱溶劑法 熱注法 光伏應用
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-34
• 1.1 前言9-10
• 1.2 光伏效應原理10-11
• 1.3 太陽能電池的電學特性11-12
• 1.4 太陽能電池的發(fā)展12-17
• 1.4.1 硅太陽能電池12-13
• 1.4.2 無機化合物薄膜太陽能電池13-14
• 1.4.3 納米晶太陽能電池14-16
• 1.4.4 有機太陽能電池16-17
• 1.5 CuInSe_2薄膜材料17-18
• 1.6 CuInSe_2薄膜制備方法18-21
• 1.7 CuInSe_2基化合物薄膜太陽能電池的應用發(fā)展21-24
• 1.7.1 CIGS 薄膜太陽能電池的發(fā)展歷史22-23
• 1.7.2 CIGS 薄膜太陽能電池的結構23
• 1.7.3 柔性基底CIGS 薄膜太陽能電池23-24
• 1.8 CuInSe_2納米粒子24-29
• 1.8.1 液相法合成納米粒子24-29
• 1.9 墨水涂覆法制備CuInSe_2薄膜29-32
• 1.9.1 墨水涂覆法制備CuInSe_2薄膜的現(xiàn)狀29-32
• 1.9.2 墨水涂覆法制備CuInSe_2薄膜現(xiàn)存的問題32
• 1.10 課題提出及創(chuàng)新點32-34
• 第二章 熱溶劑法制備CuInSe_2納米粒子34-56
• 2.1 引言34-35
• 2.2 實驗部分35-40
• 2.2.1 實驗原料設備35-36
• 2.2.2 實驗裝置36
• 2.2.3 實驗過程36-37
• 2.2.4 實驗設計37-39
• 2.2.5 測試與表征39-40
• 2.3 結果與討論40-54
• 2.3.1 不同溶劑對納米粒子的影響40-42
• 2.3.2 TEA 對納米粒子的影響42-43
• 2.3.3 熱溶劑法制備的CuInSe_2納米粒子的性質43-47
• 2.3.4 原料比例對納米粒子化學計量比的影響47-50
• 2.3.5 熱溶劑法合成CuInSe_2納米粒子的反應機理50-54
• 2.4 本章小結54-56
• 第三章 熱注法合成CuInSe_2納米粒子及其墨水制備56-76
• 3.1 引言56-57
• 3.2 實驗部分57-62
• 3.2.1 實驗原料設備57-58
• 3.2.2 實驗裝置58
• 3.2.3 實驗過程58-59
• 3.2.4 實驗設計59-61
• 3.2.5 測試與表征61-62
• 3.3 結果與討論62-74
• 3.3.1 不同混合溶劑體系對墨水的影響62-64
• 3.3.2 不同回流時間對墨水的影響64-65
• 3.3.3 不同注入/回流溫度對納米粒子的影響65-69
• 3.3.4 原料的配比對墨水化學計量比的影響69-72
• 3.3.5 熱注法膠體墨水的穩(wěn)定性72-74
• 3.4 本章小結74-76
• 第四章 墨水法制備CuInSe_2薄膜及其表征76-95
• 4.1 引言76-77
• 4.2 實驗部分77-82
• 4.2.1 實驗原料設備77-78
• 4.2.2 實驗裝置78
• 4.2.3 實驗過程78-79
• 4.2.4 實驗設計79-81
• 4.2.5 測試與表征81-82
• 4.3 結果與討論82-93
• 4.3.1 不同注入及回流溫度制備的墨水對薄膜的影響82-86
• 4.3.2 不同比例原料制備的墨水對薄膜化學計量比的影響86-90
• 4.3.3 熱處理溫度對薄膜的影響90-92
• 4.3.4 熱處理方式對薄膜的影響92-93
• 4.4 本章小結93-95
• 第五章 墨水技術CuInSe_2薄膜的光伏電池應用95-102
• 5.1 引言95
• 5.2 實驗部分95-97
• 5.2.1 實驗原料設備95-96
• 5.2.2 實驗裝置96-97
• 5.2.3 實驗設計97
• 5.2.4 測試與表征97
• 5.3 結果與討論97-101
• 5.3.1 物相分析97-98
• 5.3.2 形貌分析98-99
• 5.3.3 整流曲線99-100
• 5.3.4 Ⅰ-Ⅴ 曲線100-101
• 5.4 本章小結101-102
• 第六章 結論102-105
• 參考文獻105-115
• 攻讀博士學位期間發(fā)表論文和科研情況說明115-116
• 致謝116

您可以在本站搜索以下學術論文文獻來了解更多相關內容

SILAR法制備無機化合物薄膜    靳正國,劉曉新,步紹靜,程志捷

水熱法制備球形納米銀粒子及其表征    劉艷娥;尹荔松;范海陸;陽素玉;盧玉娥;郭智博;陳起朋;

CuInSe2太陽電池薄膜的制備技術及研究進展    孫小玲,馬鴻文

熱處理對SILAR法制備CuInSe_2薄膜性能的影響    楊建立,靳正國,石勇,李春艷,安賀松

部分重疊雙柵MOSFET特性的研究    韓名君;趙陽;柯導明;

CCD輸出二極管反向漏電機理的研究    易萍

晶界對AlGaN薄膜紫外探測器時間響應特性的影響    王蘭喜;陳學康;王瑞;曹生珠;

6H-SiC熱氧化層高溫漏電及紅外光譜表征研究    曹群;牟維兵;楊翰飛;楊治美;龔敏;

鏈式氧化制備SiO_2膜的研究    張松;席曦;王振交;唐寧;季靜佳;李果華;

VB-GaAs晶體生長技術中摻Si濃度的控制    牛沈軍;王建利;蘭天平;

電化學C-V法對載流子濃度縱向分布的精確測量    李若凡;武一賓;楊瑞霞;馬永強;商耀輝;牛晨亮;

50 V LDMOS漏電容非線性研究    朱少博;孫偉鋒;李海松;陸生禮;

高效率808nm激光器的數(shù)值模擬研究    趙懿昊;陳宏泰;陳國鷹;楊紅偉;趙潤;彭海濤;

1N4626型齊納二極管的低噪聲關鍵技術研究    劉興輝;劉通;

中低溫地熱發(fā)電系統(tǒng)的研究與應用    駱超;馬偉斌;龔宇烈;

中低溫地熱發(fā)電系統(tǒng)的應用    曲勇;駱超;龔宇烈;

生物質能發(fā)電技術及其應用    劉婷婷;余英;趙碧光;朱春;

功率MOSFET低溫工作特性分析    董志芳;

應用廢棄油氣井進行地熱發(fā)電    卜憲標;馬偉斌;龔宇烈;

基于虛擬儀器技術的真實傳感器實驗    王云;李寶河;李長江;

Nb摻雜BaTiO3的電子結構研究    涂才根;劉諾;張曦;

多重雜質(Au、Ni)摻雜n型硅材料的熱敏特性    董茂進;陳朝陽;范艷偉;叢秀云;

疊層太陽電池中不同基質硅量子點的特性研究    林娟;楊培志;

一種用于太陽被動跟蹤的光電角偏差探測裝置    賀曉雷;呂文華;李建英;于賀軍;

城市能源戰(zhàn)略儲備系統(tǒng)研究    秦青林

SOA非線性應用關鍵參數(shù)的測量    程乘

硅基應變引入方法與MOS器件相關基礎研究    楊洪東

溶膠—凝膠技術在紡織品多功能整理中的應用    汪青

大型風電機組變槳距控制策略研究    王哲

ZnO基透明導電膜的制備與摻雜研究    龔麗

超順磁性氧化鐵和LSMO/BCFO復合多鐵薄膜的制備及其物性研究    馬銘

氧化物薄膜憶阻器的材料選擇與行為機制研究    李海濤

氧化釓摻雜對氧化鉿高K柵介質氧空位抑制作用及電學性能研究    季梅

射頻域巨介電/鐵氧體磁電雙性能材料與器件研究    賀穎

高功率GaAs光電導開關設計技術研究    李寅鑫

硅、鍺切割片的損傷層研究    張秀芳

電子證據(jù)可靠性問題分析    崔震宇

戶用光伏逆變電源系統(tǒng)研究    王恩

Mn、Co、Al摻雜SiC薄膜制備及其光敏性質研究    趙興亮

雙饋型變速恒頻風力發(fā)電機轉子側變流器控制技術研究    徐鳳星

HIT太陽電池硅片處理及復合透明導電膜的研究    王淑珍

12MW生物質能發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)研究    劉婷婷

光伏建筑一體化計算機輔助設計系統(tǒng)開發(fā)    徐建國

低倍率聚光光伏系統(tǒng)的性能研究    徐章祿

多形貌納米銀的研究進展    何鑫;張梅;尹荔松;王憶;范海陸;陽素玉;趙修建;宋明霞;

軟模板法制備皂莢形貌銀納米粒子    何鑫;張梅;王憶;陽素玉;尹荔松;

化學還原法制備銀納米顆粒    晉傳貴;姜山;陳剛;

多形貌銀納米粒子的化學法制備及其在熒光增強中的應用    何鑫

二氧化硅納米粒子薄膜的制備及光學性能    余海湖,伍宏標,李小甫,朱云洲,姜德生

Ni-P-Si_3N_4納米粒子化學復合鍍工藝優(yōu)化及鍍層性能表征    王正平,楊會靜,孫松林,曹茂盛,朱靜,王彪

21世紀的前沿材料-納米材料    王君,陳紅亮

納米粉體的分散及納米復合材料的成型技術    邢宏龍;徐國財;李愛元;馬家舉;

功能納米粒子在PET非晶區(qū)永久固著的研究    陳小立,閻克路,李國維,張曉莉,朱麗勤,張華,劉海雄

納米粒子作為潤滑添加劑的研究與應用    孫霞,鄭發(fā)正,李新年,劉廣龍

納米粒子固液分離實驗研究    武杰靈,劉有智,李裕

納米技術在藥物制劑中的新應用    劉科秋,歐陽斌,苗百超

化學工業(yè)中的納米技術(續(xù))    朱曾惠

納米粒子填充PTFE復合材料及其界面研究    車劍飛;汪信;陸路德;楊緒杰;

單膠束模板二氧化硅納米粒子的合成與機理的研究    關卜源;池方麗;霍啟升;

納米粒子對環(huán)氧樹脂性能的影響    鄭亞萍;寧榮昌;李郁忠;

SBA-16組裝鈀氮雜卡賓用于Suzuki反應:從分子配合物到納米粒子    韓曉晶;黎廣;王云偉;楊恒權;

Zn離子注入SiO_2薄膜后退火形成球型ZnO納米粒子的結構和紫外發(fā)光    劉益春;劉玉學;呂友明;張吉英;申德振;鐘國柱;范希武;孔祥;

多功能硅納米熒光粒子的制備、表征及應用    婁長春;石夢然;楊紅;劉貽堯;

提高載基因納米粒子包埋率的實驗研究    楊菁;武莉;唐麗娜;朱振峰;孫洪范;宋存先;王彭延;曾勇;朱文玲;

p27kip1基因納米粒子在動物模型上的應用    楊菁;宋存先;郎曉謳;

ZrO_2納米粒子在BaSO_4沉淀過程中的應用研究    吳清洲;袁明永;

Au@Ag納米粒子的綠色合成及SERS研究    王瑞娟;李敏;鄭紅梅;沈明;

金銀復合分子層納米粒子表面增強拉曼光譜研究    羅志輝;陳坤;吳寶林;原弘;陸冬蓮;韓鶴友;

納米粒子 涂在臉上的危險    余 名

日開發(fā)新型低成本熒光納米粒子    記者 葛進

美用納米粒子治療藥物上癮    記者 劉霞

日開發(fā)出制造納米粒子新方法    記者 葛進　陳超

關于納米粒子生物效應的系統(tǒng)專著：《納米毒理學》    軍事醫(yī)學科學院毒物藥物研究所研究員、科技處處長 毛軍文

美研制出新型納米粒子藥物遞送系統(tǒng)    劉霞

美發(fā)現(xiàn)新型納米粒子藥物遞送系統(tǒng)    水吉

納米粒子回收再利用有新法    記者 劉海英

外磁場下的球狀納米粒子發(fā)生奇特變化    記者 毛黎

錫納米粒子量子殼效應被證實    記者 顧鋼

直接甲酸燃料電池陽極催化劑研究    王小明

納米晶膠體墨水技術CuInSe_2黃銅礦薄膜的制備、表征與光伏應用    王衛(wèi)東

基于自組裝單層納米粒子構筑抗反射結構    徐洪波

納米生物復合材料的制備與性能表征    賀永強

磁性熒光復合納米粒子的合成及生物應用    王冠男

再生纖維素微球的制備、結構和功能    羅曉剛

靶向生長抑素受體的磁共振分子探針的制備、表征及體外細胞實驗    龍學穎

利用滾環(huán)擴增和納米粒子均相無標記檢測核酸的研究    成永強

原位聚合法制備半導體納米粒子/聚合物雜化光學材料    程元榮

CO在貴金屬電極表面吸附及氧化的電化學原位表面增強拉曼光譜研究    張普

納米Fe_3O_4表面磁性殼層制備及SiO_2包覆的研究    孫莉

具有磁性和光學特性的復合納米粒子的制備及性質研究    張文星

乳液技術可控制備銀、聚苯乙烯納米粒子及機理研究    吳霞

弱外磁場下四氧化三鐵納米粒子的制備及磁液穩(wěn)定性研究    郭雷

水溶性納米磁共振造影劑的研究    季玉玄

銅納米粒子的制備及表面等離子共振特性    吳鐸

二氧化硅熒光納米pH傳感器的研制及其在生物學中的應用    薛麗娜

基于壓電和電化學技術的細胞生物傳感研究    姜項福

基于DNA寡聚核酸鏈和納米粒子體系對目標物的免標記比色測定    徐曉文

硅藻土和納米粒子混合填充牙體修復復合樹脂的制備及性能研究    王華