CIS类薄膜光伏电池吸收层及缓冲层材料制备与研究.doc

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1、本文由shevjiang贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。ｙ１４０４９３７分类号：ＵＤＣ：ＴＭ６１学校代号：１０１５０学号：２００５２１０１密级：峡建交戤挚硕士学位论文ＣＩＳ类薄膜光伏电池吸收层及缓冲层材料的制备与研究ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈＯＨａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｌａｙｅｒａｎｄｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒｍａｔｅｒｉａｌｉｎＣＩＳ－Ｃｌａｓｓｓｏｌａｒｃｅｌｌ学生姓名：导师及职称：学科门类；专业名称：研究方向：申请学位级别：论文答辩日期：学位授予单位：刘元之薛钰芝教授工学材料学薄

2、膜光伏材料与器件硕士２００８年６月５日大连交通大学摘要摘要太阳能是“取之不尽，用之不竭＂的清洁和可再生能源。铜铟硒类薄膜太阳能电池具有优异的光电转换性能而受到广泛关注。ＣｕｌｎＳｅ２（简称ｃＩｓ）是一种直接带隙材料，其光吸收系数高达１０５数量级，是目前己知光吸收性最好的半导体薄膜材料之一。ＣＩＳ类薄膜太阳能电池以ＣＩＳ为吸收层、以ＣｄＳ为缓冲层，光电转换效率较高。太阳光的最佳吸收能隙在１．４５ｅＶ，ＣｕＩｎＳｅ２的带隙为１．０４ｅＶ，为了提高带隙宽度，通常掺入Ｇａ，形成ＣｕＩｎＧａＳｅ四元化合物。鉴于Ｉｎ和Ｇａ均为昂贵金属，本文通过在ＣＩＳ中掺入廉价

3、的金属ｍ形成ＣｕＩｎＡｌＳｅ（Ｃ认Ｓ），改变材料的禁带宽度，以提高太阳能电池的转换效率。缓冲层ＣｄＳ中的Ｃｄ有毒，本文制备无毒的ＺｎＳ替代ＣｄＳ做为太阳能电池的缓冲层材料，对环境保护有利。本文首先在玻璃衬底真空上蒸镀Ｃｕ．Ｉｎ和Ｃｕ－Ｉｎ－Ａｌ金属多层膜以及后硒化退火的方法，制得了ＣＩＳ和ＣＩＡＳ薄膜。然后以ＺｎＳ０４?７Ｈ２０和ＣＳ（ＮＨ２）２为原料，以ＮＨ３?Ｈ２０为络和剂，用化学水浴沉积法（ＣＢＤ）制得了ＺｎＳ薄膜。进而，对制得的样品用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）、能谱仪（ＥＤ）（）、四探针电阻测试仪、分光光度计等进行了检测，并对

4、结果进行了分析。吸收层电性能测试结果显示，ＣＩＳ薄膜的电阻率在３．６８×１０４Ｑ?ｃｍ与１．８９Ｑ?ｃｍ之间。当Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｅ的比例在１：１：２附近时，薄膜样品的电阻率在１．０Ｑ?ｃｍ数量级，ＣＩＡＳ薄膜的电阻率较ＣＩＳ薄膜的低，最高为０．６６×１０ｄＱ?锄。ＳＥＭ观察发现ＣＩＳ薄膜样品的形貌随各元素比例不同而有差异。在化学计量比附近，富Ｃｕ的样品晶粒较大。ＸＲＤ物相分析显示，在化学计量比附近能够获得单一物相的ＣＩＳ多晶薄膜，砧替代部分Ｉｌｌ后，ＣＩＡＳ保持了黄铜矿型结构。分光光度计检测结果显示，两种薄膜样品的透光率在５％以下。ＳＥＭ观察发现，Ｚｎ

5、Ｓ薄膜表面形貌呈球形，颗粒细小；四探针电阻测试显示ＺｎＳ薄膜的电阻率大于１．ＯｋＱ?ｃｍ，这样的电阻率满足制作太阳能电池的要求。ＸＲＤ物相分析显示，ＺｎＳ薄膜呈非晶或微晶状态。分光光度计检测说明ＺｎＳ薄膜样品的透光率在可见光波段大都在８０％以上，其性能均显示了ＺｎＳ薄膜适于做太阳能电池缓冲层材料。关键词：ＣＩＳ，ＣＩＡＳ，太阳能电池，硒化大连交通大学工学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＥｎｅｒｇｙｃｒｉｓｉｓａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｈａｖｅｗｏｒｌｄｅｃｏｎｏｍｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｏｌａｒｅｎｅｒｙａｌｗａｙｓａｖ

6、ａｉｌａｂｌｅｆｏｒ、析ｔｌｌｉｎｔｏｃａｎｂｅｃｏｍｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｍａｔｔｅｒｔｏｔｈｅｍｏｄｅｍｂｅｓｅｅｎ勰ｉｎｅｘｈａｕｓｔｉｂｌｅｉｎｓｕｐｐｌｙａｎｄｕｓｅ，ｃｏｍｐａｒｅｄ晰ｔｌｌｆｏｓｓｉｌｆｕｅｌ，ｓｏｌａｒｅｎｅｒｙｈａＳｔｈｅｓｐｅｃｉａｌａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｌｅａｎａｎｄｒｅｎｅｗａｂｌｅ．ＴｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｈａＳｂｅｃｏｍｅｔｈｅｆｏｃｏｕｓｆｏｒｉｔｓａｂｉｌｉｔｙｔｏｃｏｎｖｅｒｔｌｉｇｈｔａｅｌｅｃｔｒｏｃｉｔｙ．ＣｕＩｎＳｅｚ（ＣＩＳ）ｉｓｋｉｎｄｏｆｄｉｒｅｃｔｂａｎｄｇａｐｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ

7、ｏｒｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｔｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅａｃｈｅｄ１０’，ｉｓｔｈｅｈｉｇｈｉｓｔｉｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄｉｔｓｍａｋｅＣＩＳｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｔｈｅｆｏｃｕｓｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｈｉ曲ｔｏｏ，ｗｈｉｃｈｉｎｐｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｆｉｅｌｄｓ．ＣＩＳｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓ，ｉｅ．ｓｅｌｅｎｙｌａｔｉｏｎｉｓｄｏｎｅｆｏｒｔｈｅＣｕ－ＩｎｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｇｌａＳｓｓｕｂｓ

8、ｔｒａｔｅｖｉａｖａｃｕｕｍｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ＺｎＳｔｈｉｎｆｉｌｍｉｓｐｒｅｐａｒｅｄ