乙醇溶剂热法合成CuInS2及其光电性能研究

摘要

本文综述了CuInS2薄膜太阳电池的研究现状,系统的介绍了其晶体结构、电学、光学特性及其薄膜制备方法。研究了乙醇溶剂热法制备CuInS2的技术条件,采用浆料涂覆法制备光阳极,并研究其光电转换性能。
　　以CuCl2、InCl3和CH4N2S为原料,乙醇为反应溶剂,系统地探讨了CuInS2粉末的合成条件,并借助XRD、SEM、EDS、紫外可见分光光度计等对产物的物相、形貌、元素比及光学特性进行研究。结果表明,原料CuCl2、InCl3、CH4N2S的摩尔比为1︰1︰4(其中CuCl2的浓度为0.0375mmol/ml)、填充度为80％时,在180℃下密封反应10h,得到(112)晶面择优生长的纯黄铜矿结构CuInS2。SEM和EDS分析表明,产物由光滑球形颗粒和粗糙球形颗粒组成,颗粒粒径为几到十几微米,两种颗粒表面的Cu、In、S原子比分别为1.28︰1︰2.19和1.35︰1︰2.14。其光吸收谱范围为350～800nm,禁带宽度约为1.48eV,光电转换效率为0.45%,短路电流密度为2.29×10-3A/cm2,开路电压为0.61V,填充因子为0.211。
　　研究了不同Cu/In原料配比下合成产物的物理化学性能。XRD分析表明,当Cu/In比从0.8到1.5顺次增大时,产物均为纯黄铜矿相,Cu/In比为1.0时产物的结晶程度最好。SEM测试结果表明,粗糙微球表面形貌随Cu/In比增大变得杂乱。EDS分析表明,当原料Cu/In比为0.8和0.9时,产物表面的原子比基本符合CuInS2的化学计量比;当Cu/In比大于1时,产物表面的原子比偏离化学计量比程度趋于增大,并且粗糙微球表面偏离更加严重。紫外-可见光谱分析表明,Cu/In比增大,合成产物的禁带宽度呈减小趋势。光电转换性能测试表明,Cu/In比为0.8、0.9时产物的光电转换效率较高,分别为0.82%和0.8%;当Cu/In大于1时,产物的光电转换效率显著下降,并且随着Cu/In比的增大,产物的光电转换效率递减,这可能与合成产物中元素比偏离化学计量比的程度相关。

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第1章 绪论

1.1 太阳电池概述

1.2 薄膜太阳电池发展

1.3 CuInS2薄膜太阳电池研究进展

1.4 课题来源、研究目的及内容

第2章 实验试剂、仪器与方法

2.1 实验试剂与材料

2.2 实验仪器与设备

2.3 样品的制备

2.4 样品分析测试方法

第3章 CuInS2的乙醇溶剂热法合成及其光电性能

3.1 引言

3.2 实验步骤

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 铜铟比对CuInS2物理化学性能的影响

4.1 引言

4.2 实验步骤

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论

参考文献

个人简历

致谢