论文摘要
随着人类经济的发展,能源问题已经成为世界各国面临的首要问题,清洁的可再生能源的研究和开发是国际学术界关注的重点。太阳能是一种取之不尽,用之不竭的无污染洁净能源。从20世纪50年代开始,太阳电池的研究和应用逐渐广泛。CuInS2（CIS）是一种低温相为黄铜矿结构的化合物半导体,其禁带宽度为1.3～1.7eV,光吸收系数达105cm-1,较高的吸收系数使得CuInS2薄膜不需要很大的厚度就可以对太阳光充分吸收,从而使其成为非常有潜力的一种太阳电池吸收层材料。目前制备CuInS2薄膜材料的工艺路线比较复杂,成本高,严重阻碍着CuInS2薄膜太阳电池的发展。ZnS是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物直接带隙半导体材料,禁带宽度为3.6-3.8ev,对可见光波段的吸收较小,生长过程中需要的温度较低,是一种很好的替代毒性CdS的太阳电池缓冲层材料。目前主要采用化学水浴法制备ZnS薄膜,但是制备工艺不够成熟,重现性不好。本文利用低成本、非真空的化学法,制备了太阳电池用CuInS2材料和缓冲层ZnS薄膜材料,并研究了其结构和性能,分析了生长机理。其中在酸性条件下采用化学水浴法制备CuInS2薄膜和采用化学镀法制备CuInS2薄膜是本文重点研究的技术,酸性条件下沉积CuInS2薄膜可以抑制杂质的产生,提高薄膜纯度,两种方法均不需要真空条件,因而对设备的要求低,所需成本较低,有利于实现产业化,同时还具有工艺参数易于控制,制备的薄膜均匀且结晶性能好等特点。通过研究,本文取得的主要创新成果如下:1.优化了相关参数,得到了一步法沉积CuInS2薄膜的稳定工艺,并初步探讨了化学水浴法生长薄膜的机理;研究了衬底和络合剂对薄膜沉积的影响,发现在ITO衬底上沉积和添加络合剂可以使薄膜致密化;研究了热处理对一步法沉积的CuInS2薄膜结晶及光电性能的影响。2.采用多步化学水浴法制备了CuInS2薄膜,优化了相关参数。研究了不同衬底对In2S3薄膜形貌及与衬底结合力的影响,发现在相对粗糙的衬底上沉积的In2S3薄膜与衬底的结合力较好,衬底对In2S3薄膜的表面形貌影响不大;研究了表面活性剂对沉积In2S3薄膜的影响,发现表面活性剂可以提高In2S3薄膜的致密度;研究了热处理对多步法沉积的CuInS2薄膜结晶及光电性能的影响,发现了与上述一步法热处理相似的规律.3.研究了还原剂对化学镀法沉积Cu膜和In膜的影响,优化了相关参数,得到了沉积Cu膜和In膜的稳定工艺;研究了不同热处理方法对制备CuInS2薄膜的影响,发现采用单步硫化法得到的CuInS2薄膜的表面有很多气孔,采用多步硫化法得到的薄膜表面致密。4.采用化学水浴法制备的ZnS薄膜在可见光范围内的透过率在90%以上,薄膜的禁带宽度为3.8eV左右,适合做CuInS2薄膜太阳电池的缓冲层。
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致谢摘要Abstract目次第一章 前言第二章 文献综述2.1 太阳电池发展概况2.2 太阳电池的原理2.2.1 光伏效应2.2.2 太阳电池原理2.3 体硅及几种薄膜太阳电池的国内外研究现状2薄膜太阳电池'>2.4 CuInS2薄膜太阳电池2薄膜的性质'>2.4.1 CuInS2薄膜的性质2薄膜电池的发展历程'>2.4.2 CuInS2薄膜电池的发展历程2薄膜的主要制备方法'>2.4.3 CuInS2薄膜的主要制备方法2.4.3.1 真空蒸发法制备CIS薄膜2.4.3.2 溅射法制备CIS薄膜2.4.3.3 电化学法制备CIS薄膜2.4.3.4 喷雾热解法制备CIS薄膜2.4.3.5 连续离子层吸附反应法制备CIS薄膜2.4.3.6 浸渍离子层气相反应法制备CIS薄膜2.4.3.7 化学水浴法制备CIS薄膜2薄膜太阳电池结构'>2.4.4 CuInS2薄膜太阳电池结构2薄膜太阳电池制造工艺'>2.4.5 CuInS2薄膜太阳电池制造工艺2.5 缓冲层ZnS薄膜研究概况2.6 选题目的及研究内容2（CIS）薄膜'>第三章 一步化学水浴法制备CuInS2（CIS）薄膜3.1 实验目的3.2 实验用品及设备3.3 一步化学水浴法实验原理及实验过程3.4 测试设备3.5 化学水浴法生长薄膜的机理探讨3.6 生长参数对CIS薄膜生长的影响3.6.1 离子浓度对薄膜生长的影响3.6.2 水浴温度对薄膜生长的影响3.6.3 反应时间对薄膜生长的影响3.6.4 溶液pH值对薄膜生长的影响3.7 络合剂对薄膜生长的影响3.8 不同衬底对薄膜生长的影响3.9 热处理对CIS薄膜结晶及光电性能的影响3.10 本章小结2薄膜'>第四章 多步化学水浴法制备CuInS2薄膜4.1 实验目的4.2 实验原理2S3薄膜'>4.2.1 沉积In2S3薄膜xS薄膜'>4.2.2 沉积CuxS薄膜2薄膜生成'>4.2.3 CuInS2薄膜生成4.3 实验用品及设备4.4 实验内容4.5 测试设备2S3薄膜与衬底结合力的影响'>4.6 衬底对In2S3薄膜与衬底结合力的影响2S3薄膜表面形貌的影响'>4.7 衬底对In2S3薄膜表面形貌的影响2S3薄膜生长的影响'>4.8 生长参数对In2S3薄膜生长的影响2S3薄膜沉积的影响'>4.8.1 In离子浓度对In2S3薄膜沉积的影响2S3薄膜沉积厚度和沉积时间的影响'>4.8.2 水浴温度对In2S3薄膜沉积厚度和沉积时间的影响2S3薄膜沉积的影响'>4.8.3 溶液pH值对In2S3薄膜沉积的影响xS薄膜生长的影响'>4.9 生长参数对CuxS薄膜生长的影响xS薄膜沉积的影响'>4.9.1 Cu离子浓度对CuxS薄膜沉积的影响xS薄膜沉积的影响'>4.9.2 反应温度对CuxS薄膜沉积的影响xS薄膜沉积的影响'>4.9.3 反应时间对CuxS薄膜沉积的影响xS薄膜沉积的影响'>4.9.4 溶液pH值对CuxS薄膜沉积的影响2S3薄膜形貌的影响'>4.10 表面活性剂对沉积In2S3薄膜形貌的影响4.11 热处理对CIS薄膜结晶及光电性能的影响4.12 本章小结2薄膜'>第五章 化学镀法制备CuInS2薄膜5.1 化学镀的发展简史5.2 化学镀的特点5.3 化学镀的用途2薄膜的意义'>5.4 化学镀制备CuInS2薄膜的意义5.5 实验用品和实验过程5.6 生长参数对薄膜生长的影响5.6.1 生长参数对Cu薄膜生长的影响5.6.2 生长参数对In薄膜生长的影响5.7 热处理对薄膜结晶的影响5.8 本章小结第六章 化学水浴法制备ZnS薄膜6.1 研究目的6.2 实验用品及设备6.3 实验原理6.4 生长参数对ZnS薄膜生长的影响6.4.1 pH值对薄膜沉积的影响3对薄膜沉积的影响'>6.4.2 Zn（NO）3对薄膜沉积的影响6.4.3 硫脲对薄膜沉积的影响6.4.4 柠檬酸钠对薄膜沉积的影响6.4.5 温度对薄膜沉积的影响6.5 络合剂对ZnS薄膜生长的影响6.6 热处理对ZnS薄膜性能的影响6.7 本章小结第七章 全文结论参考文献作者简历及在攻读博士学位期间主要科研成果
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