低溫液相法制備三元硫?qū)侔雽w薄膜的研究.pdf

1、以納米多孔TiO<,2>作光電極,CRInS<,2>或CuInSe<,2>等無機納米粒子作吸收層的ETA太陽能電池由于成本低廉,是光伏新技術(shù)發(fā)展的重要方向.采用化學浴、SILAR、電沉積法等低溫液相法制備上述硫化物具有低成本、綠色無污染、工藝溫和的優(yōu)點.本文以硫?qū)侔雽w薄膜在ETA電池的應用為背景,綜述了太陽能電池的發(fā)展和種類、硫?qū)倩衔锏男阅芗皯煤腿驅(qū)侔雽w薄膜的制備工藝.課題研究了化學浴,SILAR,電沉積法制備CubS<,2

2、>、CuInSe<,2>薄膜,通過XRD、SEM、XPS、霍爾測量系統(tǒng)等的測試分析,研究了上述制備方法和工藝過程對薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響,對不同方法下的成膜反應進行了解釋. 本文采用化學浴法,以CuCl<,2>和InCl<,3>為反應物,三乙醇胺為絡合劑,硫脲(CS(NH<,2>)<,2>)為硫源,沉積時間為8～12h,經(jīng)500℃熱處理1h可制備致密均勻、組成接近化學計量的單相黃銅礦CuInS<,2>薄膜,薄膜吸收系數(shù)大于10<'

3、4>cm<'-1>,禁帶寬度Eg為1.42eV.沉積時間低于12h時,薄膜生長速度穩(wěn)定,約為15nm/h,而大于12h后薄膜生長變慢,粗糙度增大.連續(xù)離子吸附反應法(SILAR)采用獨立的水溶性離子前驅(qū)體,按照非均相生長機理沉積成膜,原料浪費少、制備條件溫和,污染小,但尚未有SILAR法制備三元化合物的報導.本文首次采用SILAR法,分別以混合CuCl<,2>、InCl<,3>前驅(qū)體為Cu、In源,Na<,2>S、Na<,2>SeSO<

4、,3>為硫源和硒源制備出黃銅礦結(jié)構(gòu)、沿(112) 面擇優(yōu)取向的CuInS<,2>和CulnSe<,2>薄膜,考察了多孔ZiO<,2>基底上SILAR法CuInS<,2>的沉積情況.實驗結(jié)果表明:制備接近化學計量CulnS<,2>、CuInSe<,2>薄膜時溶液中[Cu]/[In]比分別為1.25和1.5,適當提高熱處理溫度和延長熱處理時間均有利于改善薄膜的結(jié)晶程度和表面均勻性,制備CuInS<,2>、CuInSe<,2>較適宜的

5、熱處理溫度分別是450℃和400℃,隨熱處理溫度升高,薄膜電阻率下降,光吸收系數(shù)、載流子濃度、遷移率增加,CuInS<,2>禁帶寬度從1.34 eV增至1.48 eV,CuInSc<,2>禁帶寬度Eg的值從0.94eV升高到0.98eV.由于納米多孔材料的表面效應,在多孔ZiO<,2>基底上制備的CulnS<,2>薄膜結(jié)合更加緊密,吸收系數(shù)明顯增大、結(jié)晶度提高,禁帶寬度Eg在1.37～1.44 eV之間,說明TiO<,2>基底上沉積Cu

6、InS<,2>后,對可見光具有很好的吸收特性. 電化學沉積法在太陽能電池薄膜制備領域一直得到廣泛關(guān)注.本文采用一步恒電位法,以CuSO<,4>、SeO<,2>、In<,2>(SO<,4>)<,3>、檸檬酸組成沉積液,首次研究了多孔TiO<,2>基底上CuInSe<,2>薄膜的沉積情況.實驗表明:與ITO基底上沉積相比,多孔TiO<,2>基底上CuInSc<,2>沉積電位從-750mV負移到-1250mV左右,XRD結(jié)果顯示-11