粉末涂敷法制备CuInS2太阳电池光吸收层的研究

摘要

具有类黄铜矿结构的CuInS2属于直接带隙半导体材料,对可见光的吸收率很高,且对温度的变化不敏感,禁带宽度为1.50 eV,接近太阳电池吸收层材料的最佳禁带宽度(1.45 eV),因而是太阳电池有前景的光吸收层材料之一。
　　 本文采用粉末涂敷法制备CuInS2薄膜。采用两种方法制备前驱体料浆,一是利用感应熔炼制备的Cu-In合金和单质S粉为原料,两者混合后研磨得到前驱体料浆,二是利用CuS、In2S3为原料研磨制备前驱料浆。研磨后的料浆涂覆在玻璃衬底形成前驱体膜,前驱体膜在N2气氛中进行热处理,最终制备出了单一黄铜相结构、接近化学计量比的CuInS2薄膜。
　　 采用感应熔炼的方法制备Cu-In合金,分析表明其表面是Cu11In9相,内部是Cu11In9和In混合物结构,合金内部不连续的富Cu区域和连续的富In区域交错分布。将Cu-In合金和S粉按Cu:In:S为1:1.2:3的比例混合,CuS和In2S3按Cu:In为1:1和1.2:1的比例混合,研磨24小时后,得到了粒度1μm左右的前驱料浆。两种比例的料浆经烧结后都可得到接近化学计量比的CuInS2薄膜。
　　 烧结反应研究发现,反应烧结过程中,200℃开始出现CuInS2相,在400℃～450℃时,其它杂相消失,得到结晶程度良好,单一黄铜相结构的CuInS2薄膜。光学性质分析表明,400℃热处理得到的CuInS2薄膜吸收系数大于1×105cm-1,光学带隙在1.5 eV～1.7 eV之间,适合作为太阳电池吸收层。

目录

文摘

英文文摘

引言

第一章 文献综述

1.1 太阳电池的概述

1.1.1 太阳电池的基本结构与种类

1.1.2 太阳电池的工作原理

1.2 太阳电池的发展历程

1.2.1 第一代太阳电池

1.2.2 第二代太阳电池

1.2.3 第三代太阳电池

1.3 铜铟硫CuInS2薄膜太阳电池

1.3.1 CuInSz材料的历史

1.3.2 CuInS2材料的结构与特性

1.3.3 CuInS2的稳定性

1.3.4 CuInS2薄膜的制备方法

第二章 研究内容和方法

2.1 研究内容

2.2 实验材料和测试方法

2.2.1 实验原料

2.2.2 测试方法

第三章 Cu-In合金的制备和表征

3.1 研究方案

3.2 结果与分析

3.3 本章小结

第四章 CuInS2薄膜的制备研究

4.1 研究方案

4.2 结果与分析

4.2.1 前驱体料浆的制备

4.2.2 物相组成和化学成分变化

4.2.3 薄膜晶粒尺寸

4.2.4 薄膜的显微结构和压制工艺对其影响

4.3 CuInS2薄膜的光学性质

4.4 本章小结

结论

参考文献

在读期间发表的学术论文

致谢