CuInSe2系粉体材料的研究现状与展望

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1、学号：0《粉体工程与设备》姓名:班级:CuInSe2系粉体材料的研究现状与展望摘要:CuInSc2(简称CIS)及其衍生物因其优良的光伏特性而成为薄膜太阳能电池领域的研究热点。详细介绍了CIS系粉体的各种制备方法与研究进展，评述了各制备工艺的特点；并介绍了CIS系粉体在光电领域的应用情况。总结了CIS系粉体的研究现状，并提出了利用其制备溅射靶材以大幅度改进现有吸收层薄膜制备工艺的思路。关键词:CIS；薄膜太阳能电池；综述；粉体CuTnSe2(简称CIS)及其衍生物因其低成本、高的光吸收系数(105/cm)和良好的稳定性被认为是最有潜力的薄膜太阳能吸收层材料，成为国内外的研究热点。CuInSe

2、2是I-IIIWI族化合物，晶体结构为黄铜矿型，是一种直接带隙半导体材料，带隙宽度为1.04eVo通过掺杂來增加其带隙宽度，对在捉高电池光电转换效率的同时获得更高的开路电压。常见的掺朵方式包括Ga部分替代In,S部分替代Se等，其中应用最多，效果较好11已经实现小规模产业化的是掺Ga的CIGS电池。2008年，由美国国家可再生能源实验室(NREL)研制的小血积CIGS薄膜电池转换效率达到19.9%,为当前各类薄膜太阳能电池的最高转换效率。目前对CIS系太阳能电池的研究多集屮于吸收层薄膜的制备，对于CIS系粉体的制备研究相对较少，国内文献更是鲜有报道。CIS系粉体的研究可为吸收层薄膜的低成木制

3、备提供新的思路，同时冇望开辟新型太阳能电池领域，近年来逐渐受到研究者的重视。木文介绍TCIS系粉体的各种制备方法与应用方面的研究进展，总结了各制备工艺的特点，并展望了进一步的研究方向。一.制备方法通过近年来的不断尝试和研究，CIS系粉体的制备已形成多种方法，根据制备环境的不同，可以分为基于固相反应的制备和基于溶液反应的制备。1基于固相反应的制备固相反应一般是各单质元素粉Cu、ln(Ga).Se(S)在高温或机械作用下发生反应合成CIS系材料。研究者通过实验相关理论分析了从各单质起始原料到CIS系材料叮能的反应途径,认为单质之间先生成二元硒化物，进而生成三元化合物，在不同原料配比下和不同温度区

4、间内，反应途径冇所不同。对CuInSc体系相图(Cu2Sc-In2Sc3二元化合物相图)的研究表明：黄铜矿型的CuInSe2对Cu/In化学计量比的偏移容忍度较大，在一定温度区间内为稳定固溶体区域。上述工作为CIS系单晶材料和粉体材料的制备提供了理论基础。根据制备手段的不同，cis系粉体基于固相反应的制备有以卜•两种方法。(1)机械合金法机械合金法(MechanicalAlloying,MA)也称机械化学法，是利用机械能来诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能变化以制备新材料的方法，已广泛应用于功能材料的制备。该法一般通过高能球磨实现，将不同成分的粉末放在高能球磨机中，经磨球碰撞，粉末产生反

5、复塑性变形、冷焊、破碎、细化，并发牛扩散和固态反应形成合金化粉末。Wada等分别以Cu2Se+In2Se3>2Cu+Se+In2Se3>Cu2Se+2In+3Se>Cu+In+2Se为起始原料，通过高能球磨制备了CuInSe2粉末，球料质量比为5:1。经分析认为球磨机转速是最重要的彫响因索，在合适的转速下，上述起始原料均能得到单相的CuInSe2粉末，产物粒径为同时Wada等研究了掺S的情况，以Cu、In、Se、S粉末为起始原料，通过高能球幣制得了黄铜矿相的CuIn(S,Se)2粉末，产物平均粒径为2〜3um0(2)快速热合成快速热介成(RapidExothermicSynthesis)是通

6、过某种方式提供反应初始时所需的能虽,例如撞击、引燃等。一旦反应引发后，将迅速进行，并在很短的吋间内完成。Landry等以Cu、In、Se/S单质为原料，利用微波照射的方法合成了CIS系粉体，反应时间只需1〜3min。Wada等釆川一种称为机械化学过程的方法快速合成CIS粉末，Cu、In、Se三种单质和直径5mm的氧化钻球一起装在聚乙烯的瓶子中，剧烈摇动瓶子来引发反应开始，整个反应过程在1min以内完成。Zhou等以Cu、In、Ga>Se单质粉末为原料，采用自蔓延高温合成方法(SHS)制得了精确计量比的单相黄铜矿型的CuIno.7Gao.3Se2粉末。2基于溶液反应的制备基于溶液反应的制备为湿

7、化学方法，对于CIS系粉体的制备，近年来主要有以下几种方法。(1)共沉淀法共沉淀法(Co-precipitation)即在含冇多种阳离了的溶液中加入沉淀剂，使金属离了完全沉淀的方法。与制备常'规的复合化合物粉体不同，制备硒的化合物时很容易受到氧的干扰,硒源的选择很重要。Ahn等采用Na2Se为硒源，Cui、InI3、GaI3提供金属阳离了，在冰浴中保持温度为0°C,制备了纳米Cu(In,Ga)Se2粉。反应时