SILAR法CuInSe2薄膜的结构与性能

论文摘要

自从1954年晶体硅太阳能电池第一次问世，作为无污染新能源的太阳能电池就得到了快速发展。本文以CuInSe2光吸收薄膜在ETA太阳能电池中的应用为背景，综述了太阳能电池的发展和分类、薄膜的制备方法以及CuInSe2薄膜的性质及应用。课题研究了CuInSe2薄膜的SILAR法制备，并考察了SILAR法工艺过程对薄膜结构和性能的影响。连续离子层吸附反应（SILAR）法采用独立的水溶性离子前驱体，按照非均相生长机理沉积成膜，目前用SILAR法制备CuInSe2薄膜的报道较少。本实验首次采用TEA和CitNa双络合的Cu、In混合阳离子前驱体溶液，Na2SeSO3阴离子前驱体溶液，使阴、阳离子前驱体溶液pH值均在8左右，保证温和条件下SILAR法沉积CuInSe2薄膜；研究了制备条件对薄膜结构和性能的影响，如阳离子前驱体溶液种类、水浴温度、循环次数、前驱体溶液的相对浓度和绝对浓度、热处理温度、表面活性剂的加入等。采用XRD、XPS、SEM、UV-Vis等测试手段对薄膜晶型、化学计量、微结构、光学等性能进行了表征。研究了双络合剂在溶液中的离子络合情况，用混和阳离子前驱体溶液制备出的CuInSe2薄膜相特征峰尖锐，次生相较少。水浴温度70℃时薄膜生长最好，颗粒均匀、薄膜表面平整。薄膜的平均生长速率为21nm/cycle，说明离子在基底表面是多层离子同时进行吸附，吸附次数过多薄膜表面易发生开裂。当前驱体溶液中Cu/In比为1.5时，CuInSe2薄膜中的元素化学计量比接近1：1：2；在保持Cu/In比为1.5不变时，前驱体溶液中离子浓度越低，组成越接近化学计量比。适当提高热处理温度和延长热处理时间均有助于改善薄膜的结晶程度，DSC-TG曲线表明热处理温度在380℃以上有CuInSe2相生成。表面活性剂的加入能改变薄膜的表面形貌，PEG20000使表面存在团簇体，十二烷基苯磺酸钠使表面颗粒均匀细小，十六烷基三甲基溴化铵使薄膜表面晶粒定向生长，形成纳米棒结构。薄膜的光学吸收系数均在104cm-1以上，纳米棒结构的薄膜光学吸收系数最大。薄膜禁带宽度在0.92eV0.96eV之间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 能源在国民经济中的地位
• 1.1.2 太阳能及其应用
• 1.2 太阳能电池工作原理
• 1.2.1 太阳能电池半导体材料基础
• 1.2.2 太阳能电池的评价指标
• 1.3 太阳能电池分类及发展
• 1.3.1 太阳能电池材料要求简介
• 1.3.2 太阳能电池分类
• 1.3.3 太阳能电池的发展趋势
• 1.4 薄膜材料的制备方法
• 1.4.1 物理气相法
• 1.4.2 物理液相法
• 1.4.3 化学气相法
• 1.4.4 化学液相法
• 2薄膜材料的性质'>1.5 CuInSe₂薄膜材料的性质
• 2薄膜材料的结构特性'>1.5.1 CuInSe₂薄膜材料的结构特性
• 2材料的光学性质'>1.5.2 CuInSe₂材料的光学性质
• 2材料的电学性质'>1.5.3 CuInSe₂材料的电学性质
• 2太阳能电池结构'>1.5.4 CuInSe₂太阳能电池结构
• 1.6 课题的提出
• 第二章 实验与研究方法
• 2.1 实验所用原料与设计
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方案及实验过程
• 2.2.1 实验方案
• 2.2.2 实验及工艺过程
• 2.3 薄膜的性能测试表征
• 2.3.1 测试仪器
• 2.3.2 分析方法
• 2薄膜的SILAR 法制备原理及工艺'>第三章 CuInSe₂薄膜的SILAR 法制备原理及工艺
• 3.1 SILAR 法发展过程及原理
• 3.1.1 SILAR 法发展
• 3.1.2 SILAR 法生长机理
• 2薄膜的SILAR 法制备'>3.2 CuInSe₂薄膜的SILAR 法制备
• 2薄膜前驱体溶液的配制'>3.2.1 CuInSe₂薄膜前驱体溶液的配制
• 2薄膜的SILAR 法合成过程'>3.2.2 CuInSe₂薄膜的SILAR 法合成过程
• 2薄膜的热处理过程'>3.2.3 SILAR 法制备CuInSe₂薄膜的热处理过程
• 2薄膜的SILAR 法成膜机理'>3.2.4 CuInSe₂薄膜的SILAR 法成膜机理
• 3.3 本章小结
• 2薄膜的优化改性'>第四章 SILAR 法制备CuInSe₂薄膜的优化改性
• 4.1 水浴温度变化
• 4.2 循环次数变化
• 4.3 前驱体溶液浓度变化
• 4.4 热处理温度变化
• 4.5 表面活性剂影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢