论文摘要
CuInS2 （CIS）化合物是带隙宽度为1.53 eV的直接带隙半导体,与太阳能光谱匹配较好,吸收系数高达105cm-1,并且对辐射和杂质不是特别的灵敏。在各种薄膜太阳能电池里,CuInS2薄膜太阳能电池具有环境友好、基底选择多样性、不含有毒成分且具有较强的抗辐射能力和稳定性,使得CIS薄膜太阳能电池成为非常有潜力的太阳能电池。ZnO是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族直接宽禁带化合物半导体,其禁带宽度为3.4eV,在常温下的激子束缚能高达60 meV。ZnO常用作薄膜传感器、发光二极管（LEDs）和液晶显示中的透明导电电极。此外,ZnO因其优异的光电特性和暴露在氢等离子体中强稳定性的特点,应用于太阳能电池的窗口层材料。本论文采用磁控溅射在镀Mo的玻璃衬底上制备Cu-In预置膜,在N2气氛下采用固态硫化热处理的方法制备了CuInS2吸收层薄膜。研究了硫化温度、硫化时间、硫化气压等对CuInS2薄膜的晶相结构、表面形貌和光学带隙等性能的影响。采用两步法制备太阳电池窗口层ZnO纳米阵列薄膜。首先利用溶胶-凝胶法或者磁控溅射法制备ZnO晶种层,然后采用水溶液法在加入六甲基四胺（HMTA）的氨水溶液中生长ZnO纳米阵列薄膜。研究了不同方法制备的晶种层、生长时间和初始锌离子浓度以及表面活性剂对水溶液法制备纳米ZnO阵列薄膜的影响极其相关机理。采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、紫外-可见光谱（UV-Vis）等测试手段对CuInS2吸收层薄膜和ZnO窗口层薄膜的晶相结构、表面形貌、光学性能进行表征。实验结果表明,Cu-In合金预置膜经550℃硫化热处理20min可制备出黄铜矿结构的CuInS2薄膜,并具有（112）面的择优取向,所制备的CuInS2薄膜晶粒大小约为1μm,光学带隙为1.51 eV；在生长温度为90℃,利用较薄的晶种层,在生长液浓度为0.05M时生长2h并加入表面活性剂PEI制备出致密均匀、利于电子传输的取向一致的ZnO纳米阵列薄膜。所制备出的ZnO薄膜适合于作为太阳能电池的窗口层。
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摘要Abstract1 绪论1.1 引言1.1.1 光伏转换原理1.1.2 光伏电池的现状1.2 薄膜太阳能电池1.2.1 太阳电池薄膜化技术2薄膜'>1.2.2 CuInSe2薄膜2薄膜'>1.2.3 Cu（In,Ga）Se2薄膜2薄膜'>1.2.4 CuInS2薄膜1.2.5 异质结太阳电池1.3 ZnO纳米薄膜的特性及合成方法1.3.1 ZnO纳米薄膜的特性1.3.2 ZnO纳米薄膜的制备方法1.3.3 ZnO纳米薄膜的可控生长1.4 选题的目的及研究内容2 实验设计2.1 薄膜制备工艺设计2.1.1 器件结构的选择2制备设备'>2.1.2 CuInS2制备设备2实验原材料'>2.1.3 CuInS2实验原材料2.1.4 Mo背电极的制备2的制备工艺'>2.1.5 CuInS2的制备工艺2.2 性能表征2.2.1 X射线衍射（XRD）分析2.2.2 薄膜表面形貌分析2.2.3 激光Raman光谱分析2.2.4 紫外可见光谱（UV-vis spectrum）2吸收层的表征'>3 CuInS2吸收层的表征2薄膜性能的影响'>3.1 硫化温度对CuInS2薄膜性能的影响2薄膜表面形貌的影响'>3.1.1 硫化温度对CuInS2薄膜表面形貌的影响2晶相结构的影响'>3.1.2 硫化温度对CuInS2晶相结构的影响2光学性质的影响'>3.1.3 硫化温度对CuInS2光学性质的影响2薄膜性能的影响'>3.2 硫化压力对CuInS2薄膜性能的影响2晶相结构的影响'>3.2.1 硫化压力对CuInS2晶相结构的影响2表面形貌的影响'>3.2.2 硫化压力对CuInS2表面形貌的影响2薄膜性能的影响'>3.3 硫化时间对CuInS2薄膜性能的影响3.3.1 硫化时间对薄膜表面的影响3.3.2 硫化时间对薄膜晶相结构的影响3.3.3 硫化时间对薄膜光学性质的影响3.4 小结4 ZnO纳米阵列薄膜窗口层的制备4.1 ZnO纳米阵列的制备4.1.1 制备ZnO薄膜的设备及化学试剂4.1.2 制备ZnO薄膜的工艺流程4.1.3 ZnO薄膜的反应机理4.2 性能表征4.2.1 不同籽晶层的结构分析4.2.2 籽晶对ZnO纳米薄膜表面形貌的影响4.2.3 籽晶对ZnO纳米薄膜结构的影响4.2.4 生长时间对ZnO纳米薄膜的影响4.2.5 溶液浓度对ZnO纳米薄膜的影响4.2.6 聚乙烯亚胺对ZnO纳米薄膜表面形貌的影响4.2.7 Al源掺入对ZnO薄膜性能影响4.3 小结5 结论参考文献致谢研究生期间发表的论文
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标签：磁控溅射论文; 水溶液法论文; 薄膜论文; 纳米阵列薄膜论文; 光学带隙论文;
太阳电池吸收层CuInS2与窗口层ZnO薄膜的制备与性能研究
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