以氧化物为前驱体通过非真空法制备CuInSe薄膜研究

摘要

铜铟硒(CulnSe2，简写CIS)薄膜太阳能电池以其吸收层的吸收系数高、运行稳定、转换效率高、成本低、弱光性能好等优点引起国际光伏界的广泛关注。本文主要从低成本的角度出发，研究CIS薄膜太阳能电池中的关键吸收层——CIS薄膜的非真空制备工艺，以期为CIS薄膜太阳能电池的大规模商业化生产做出一些贡献。论文主要分为两个部分，具体内容如下：
　　 第一部分主要包括利用CuO和In2O3混合氧化物作为前驱体，通过非真空工艺制备高质量CIS薄膜。本研究利用柠檬酸法制备出分散性好粒径大小在100nm左右的CuO、In2O3混合氧化物粉体，然后通过非真空法制备出CIS薄膜。为了得到非常致密的大结晶颗粒CIS薄膜，采用了一些特殊的处理方式，比如：我们通过柠檬酸法制备混合氧化物粉体，这对于粉体的均匀混合、粉体粒径的控制都是有利的；在浆料中加入的大大过量的Se，使得整个热处理的过程都处于非化学平衡的状态，以达到促进In2O3还原的目的，这样就更容易得到纯相，更容易使薄膜致密。同时，出于环境的考虑，在硒化的过程中使用的固态硒源来取代剧毒的H2Se气体。在研究过程中，考察了多个参数对于最后CIS薄膜的影响，包括：还原时间对样品中氧含量的影响、硒化时间、硒化时Se的蒸汽压对CIS薄膜的成相情况及形貌方面的影响等等。最终，找到了最佳的工艺参数，能够得到非常致密的大晶粒CIS薄膜。另外一方面，这项工作还存在一些不足之处，最关键的问题在于成膜工艺方面，薄膜的平整度比较差，这会成为后期制作CIS薄膜太阳能电池的一个障碍，因为平整度差会影响后续薄膜的沉积，会影响PN结的性能，增加电池短路的几率等等。
　　 第二部分主要包括以Cu2ln2O5为前驱体通过非真空法制备CIS薄膜。通过共沉淀法制备CuO和In(OH)3混合粉体，然后经过热分析决定固相反应温度，通过固相反应得到Cu2ln2O5。通过调制浆料和旋涂工艺得到Cu2ln2O5前驱体薄膜，之后通过还原得到Cu-In合金薄膜。然后考察了硒化条件对薄膜质量的影响，得到了质量比较好的CIS薄膜。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

前言

1.1太阳能电池发展概述

1.2几种光伏太阳电池的国内外研究现状

1.2.1多结GaAs/GaInP2电池

1.2.2单晶Si和单结GaAs太阳电池

1.2.3多晶硅太阳电池

1.2.4非晶硅薄膜太阳电池

1.2.5 CdTe薄膜太阳电池

1.2.6 CIS/CIGS薄膜太阳电池

1.3 CIS的结构及性质

1.4非真空制备CIS/CIGS的主要方法

1.4.1直接合成CIGS纳米粉体，成膜后处理的方法

1.4.2金属纳米粉作为前驱物

1.4.3金属硒化物作为前驱物

1.4.4金属氧化物作为前驱物

1.5论文研究的主要内容

参考文献

第二章 实验方法

2.1粉体的合成

2.2衬底的清洗

2.3浆料与前驱体薄膜

2.4前驱体薄膜的热处理

2.5测试表征手段

2.5.1 X射线衍射

2.5.2扫描电子显微镜

2.5.3 X射线电子能谱

2.5.4 X射线荧光光谱

2.5.5 UV-vis光谱

2.5.6方块电阻及霍尔系数测量

参考文献

第三章 以CuO和In2O3为前驱体通过非真空法制备CIS薄膜

3.1 实验过程

3.2结果与讨论

3.3 结论

参考文献

第四章 以Cu2In2O5为前驱体通过非真空法制备CIS薄膜

4.1 实验过程

4.2 结果和讨论

4.3 结论

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果