基于硝酸盐为前驱体的溶胶凝胶法制备CuInSe2薄膜

摘要

铜铟硒(CuInSe2)化合物半导体材料由于具有吸收系数高、成本低和稳定性好等特性，成为薄膜太阳能电池研究的热点。目前，采用共蒸发法制备的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光电转换效率达到了19.9％。本论文主要从低成本和环境友好的角度出发，研究电池中CuInSe2光吸收层和ZnO窗口层等薄膜材料的非真空制备工艺，以期为CuInSe2薄膜太阳能电池的商业化应用做出贡献。论文主要分为两个部分，具体内容如下：
　　 第一部分主要包括采用低成本的无机硝酸盐为前驱体，通过溶胶凝胶法制备高质量黄铜矿结构的CuInSe2薄膜。首先将制备得到的溶胶通过旋涂甩胶的方法成膜后，再先后置于氢气中还原和在固态硒源中进行硒化，即可得到所需薄膜。通过XRD、XRF、SEM和Raman散射等手段对材料的结构和形貌进行表征。结果表明：采用这种简单的方法所制备的薄膜具备平整度好、结晶度高和致密性好等优点，Raman散射还表明薄膜表面不存在Cu2-xSe等杂相，上述这些优点非常有利于后续高质量薄膜太阳能电池的制作。另外，讨论了CIS薄膜中分层现象的产生以及形成机理。所制备的CIS薄膜出现了分层现象：上层为CIS，而下层为由残留碳和CIS小晶粒组成。产生这种现象的原因是由于反应试剂三乙醇胺的难挥发性从而残留于薄膜底部，并经过高温最终分解为碳。残余碳不但会导致薄膜出现分层，而且能够限制晶粒长大。经过高温氧化后可除去三乙醇胺，消除分层现象，但同时会极大破坏薄膜的平整度和致密性，对薄膜的性能和后续的电池制作带来严重影响。
　　 第二部分为非真空法制备具有增透作用的纳米结构ZnO薄膜。首先采用溶胶凝胶法制备出一层仔晶层，然后置于溶液进行沉积生长。通过改变条件，可以对产物形貌进行控制。如当溶液中不添加DAP和添加DAP时，可分别得到具有棒状和尖锥状的纳米ZnO薄膜；而当溶液中含DAP时，通过改变温度，可对薄膜的致密性及纳米ZnO的尖锥性进行控制。同时，根据实验中观察的现象，对尖锥状纳米ZnO的生长机理进行了简单解释。另外，通过比较不同生长时间的尖锥状ZnO薄膜和衬底对光学性能影响的研究，发现具有尖锥状的纳米ZnO薄膜在400?1000 nm波长范围内可以增加光的透过率，其中，当生长时间为2h时，可得到最大增透率为1.6％。这种窗口层的光增透性可以使更多的入射光到达太阳电池的光吸收层，从而提高太阳能电池的效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 溶胶凝胶法制备CuInSe2薄膜及其表征方法

第三章 实验结果与分析

第四章 化学水浴法制备纳米结构ZnO薄膜

第五章 总结与展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果