低毒溶液法铜铟硒基薄膜的制备及光伏应用

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1、分类号：TN304.2密级：公开UDC：620编号：201431804038河北工业大学硕士学位论文低毒溶液法铜铟硒基薄膜的制备及光伏应用论文作者：赵忠东学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：材料工程指导教师：张雯职称：副研究员刘辉副教授资助基金项目：中国国家自然科学基金（51402085）和河北省自然科学基金（E2015202295）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsE

2、ngineeringLOW-TOXICSOLUTION-PROCESSEDCOPPER-INDIUM-SELENIUM-BASEDTHINFILMANDITSPHOTOVOLTAICAPPLICATIONbyZhaoZhongdongSupervisor:A.Prof.ZhangWenA.Prof.LiuHuiMay2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChinaNo.51402085,NatureScienceFound

3、ationofHebeiProvinceNo.E2015202295.摘要I-III-VI族黄铜矿结构CuInSe2（CISe）半导体材料具有优越的光电性能，作为光吸收层材料在薄膜太阳电池领域有着重要的地位和广阔的发展前景。非真空溶液法制备CuInSe2基薄膜是近年来发展迅速的一种薄膜沉积技术，因其具有制造成本低、组分及化学计量比可控、操作简便、易于大面积成膜、可柔性化等特点，引起了该研究领域的广泛关注。目前，肼溶液法作为最早被开发的溶液法沉积工艺，在薄膜质量和光电转换效率方面取得相当大的成就，然而肼剧

4、毒，易燃易爆，对安全操作要求极高，因此，寻找低毒性溶剂取代肼溶剂制备高质量的薄膜成为近年来研究的热点。本文首次采用新颖、低毒的巯基乙醇与乙二胺混合的硫-胺溶液，以单质Cu、In和Se粉末作为前驱物制备CuInSe2前驱物溶液，采用简单的旋涂工艺以及后硒化热处理工艺成功制备出黄铜矿结构的CuInSe2薄膜，并研究了硒蒸气环境、Cu/In化学计量比、热处理时间和温度对薄膜物相、结构、形貌以及光学性能的影响。研究结果表明，采用40mgSe粉作为硒源，在0.03MPa的气氛压力中，加热至550°C，并保温30m

5、in，获得了纯相的CISe薄膜，组分贫Cu，薄膜结晶度和致密性高，平均晶粒尺寸达到960nm，禁带宽度1.0eV。此外，本文采用低毒的乙二硫醇与乙二胺混合的硫-胺溶液，以单质Cu、In和S粉末制备CuInS2（CIS）前驱物薄膜，通过硒化热处理工艺，实现了S元素的掺杂，提高了薄膜致密性和禁带宽度，成功制备出双层致密大晶粒结构的CuIn(S,Se)2（CISSe）薄膜，并研究了热处理温度对薄膜物相、结构和形貌的影响。以CuIn(S,Se)2薄膜为吸收层的薄膜太阳电池器件，在AM1.5标准光照条件下，获得了

6、6.2%的光电转换效率。关键词：低毒硫-胺溶液铜铟硒基薄膜单质前驱物双层结构光伏应用IABSTRACTI-III-VIchalcopyriteCuInSe2compounds,asthepromisingoptical-absorptionmaterials,haveimportantpositionandbroadprospectsfordevelopmentinthefieldofthin-filmsolarcells,duetotheiruniqueopticalandelectronicprop

7、erties.ThepreparationofCuInSe2thinfilmbynon-vacuumsolutionmethodisakindofthinfilmdepositiontechnologywhichhasbeendevelopedrapidlyinrecentyears,duetoitslowmanufacturingcost,simplecontrolofcompositionandstoichiometry,easyfilmformingandflexible,hasarousedwi

8、despreadconcerninthefieldofresearch.Atpresent,thehydrazinesolutionmethodasthefirstdevelopedsolutiondepositionprocess,hasachievedconsiderablesuccessinthefilmqualityandphotoelectricconversionefficiency.However,hydrazineispoi