氧化物纳米颗粒法制备铜铟硫/铜铟硒/铜铟镓硒薄膜

摘要

以铜铟硒(CuInSe2，简称CISe)为基础的I-III-VI族三元或四元化合物具有性能稳定、光电转换率高及无光致衰退效应等特点，是非常理想的薄膜型太阳能电池材料。适用于光伏应用的 I-III-VI族三元化合物主要包括硫铟铜矿结构的铜铟硫(CuInS2，简称 CIS)及黄铜矿结构的铜铟硒(CISe)，其四元化合物主要是黄铜矿结构的铜铟镓硒(CuIn1-xGaxSe2，简称CIGSe)。然而，三元及四元I-III-VI族吸收层材料元素比例难控制，制备成本较高，制约了该太阳能电池大规模生产。本论文以控制吸收层三元及四元化合物的元素配比和降低制备成本为出发点，描述了非真空金属氧化物前驱体纳米颗粒制备I-III-VI族三元及四元化合物材料方法。
　　本论文中，首次将金属氧化物前驱体纳米颗粒法应用于铜铟硫吸收层薄膜的制备，并通过这种方法制备出了膜层较平整的致密的CIS吸收层薄膜、CISe吸收层薄膜及CIGSe吸收层薄膜。本论文的主要内容包括：
　　1．制备了氢氧化铜、氢氧化铟和氢氧化镓的沉淀并对其形成过程进行了研究。
　　2．讨论了金属氧化薄膜制备过程中，衬底、墨水组成成分以及旋转涂布转速对所制备薄膜组分及质量的影响，经过参数优化制备出了膜层较平整的氧化物薄膜。
　　3．通过研究氢化还原、退火温度、退火时间对CIS/CISe吸收层薄膜的影响，制备出了膜层平整致密的CIS/CISe薄膜。
　　4．讨论两步高温处理前后 CIS/CISe/CIGSe吸收层薄膜中的元素比例控制以及元素流失等技术难点。
　　在本学位论中采用美国EDAX-Genesis X射线能量色散谱仪(EDS)对氧化物薄膜、合金层薄膜及吸收层薄膜进行元素分析；采用英国蔡司EVO LS15扫描电镜(SEM)对氧化物薄膜、合金层薄膜及吸收层薄膜进行表面形貌表征；采用德国Bruck D8 ADVANCE X射线衍射(XRD)对金属合金层及吸收层进行物相表征。

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第一章 绪 论

1.1 太阳能电池的工作原理

1.2 薄膜太阳能电池的发展概况

1.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的典型结构

1.4 铜铟硒/铜铟镓硒薄膜太阳能电池吸收层材料的特点

1.5 氧化物前驱体法制备铜铟硒/铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状

1.6 本文的研究意义及研究内容

1.7 本论文的结构安排

第二章 氧化物前驱体法制备CIS/CISe吸收层薄膜

2.1 铜铟氧化物薄膜的制备及表征

2.2 Cu/In氧化物薄膜氢化还原

2.3 CIS吸收层的制备及表征

2.4 CISe吸收层的制备及表征

2.5本章小结

第三章 氧化物前驱体法制备CIGSe吸收层薄膜

3.1 铜铟镓氧化物前驱体薄膜的制备及表征

3.2 Cu/In/Ga氧化物薄膜氢化还原

3.3 CIGSe吸收层的制备及表征

3.4 CIGSe吸收层薄膜中Ga元素的控制

3.5 本章小结

第四章 结 论

4.1 本文的主要工作

4.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果