銅銦硒和銅銦鎵硒薄膜的制備及其能帶計算.pdf

1、銅銦硒薄膜太陽能電池具備高轉(zhuǎn)化效率、低制造成本和電池性能比較穩(wěn)定等優(yōu)勢，其吸收層CuInSe2是一種直接帶隙材料，禁帶寬度在1.04eV左右，比理想中的禁帶寬度1.5eV小。通過在CuInSe2中摻入一定量的Ga代替部分In元素，可以調(diào)整其禁帶寬度在1.04～1.7eV范圍變化，因此CuIn1-xGaxSe2薄膜太陽能電池成為目前可調(diào)帶隙高效薄膜太陽能電池最具發(fā)展前景的材料。
　　首先，建立銅銦硒和摻雜不同Ga濃度的銅銦鎵硒的物理

2、模型，然后在所建模型基礎上對薄膜的能帶帶隙進行了計算，計算中使用了不同的贗勢，將所得計算結(jié)果與理論值進行了比較，得出了一系列的結(jié)果。通過計算結(jié)果分析，本文所使用的計算方法得出的能帶帶隙比理論值小，在結(jié)果中還可以看出，隨著摻雜濃度的增加使用LDA贗勢和PBE贗勢的計算結(jié)果都呈現(xiàn)出了帶隙逐漸變大的趨勢，且符合摻雜濃度與帶隙經(jīng)驗關系曲線。
　　旋涂～化學共還原法是制備銅銦硒光電薄膜的一種易操作、低成本的制備方法，本文使用旋涂～化學共還原

3、方法制備了銅銦硒和摻雜不同Ga濃度的銅銦鎵硒薄膜。通過對比不同條件下制備CuInSe2薄膜的XRD圖譜以及SEM照片，分析比較了在相同的反應溫度下改變反應時間對制備CuInSe2薄膜的影響，從實驗結(jié)果可以看出在相同的實驗溫度下，增加反應時間有利于目標薄膜的結(jié)晶程度，并且使用能譜儀分析了薄膜元素含量，測試出薄膜中含有Cu、In和Se三種元素。實驗中增加反應次數(shù)比較反應次數(shù)對制備CuInSe2薄膜的影響，得出增加反應次數(shù)有利于薄膜的結(jié)晶，可

4、以使薄膜更加致密，電導率更高，但是反應次數(shù)越多估算的帶隙越小。使用外推法估算了CuInSe2薄膜的帶隙寬度約為1.2eV，比理論值1.04eV偏大。
　　使用旋涂～共還原法制備了CuIn1-xGaxSe2薄膜，并且通過分析不同反應溫度和反應時間的薄膜XRD圖譜，得出了結(jié)晶程度較好的制備工藝在反應溫度為200℃下反應20h。通過觀察不同摻雜濃度CuIn1-xGaxSe2薄膜SEM照片可以看出，隨著摻雜濃度的逐漸增加，薄膜的表面形貌發(fā)

5、生了變化，有由球狀晶體向棒狀轉(zhuǎn)換的趨勢。通過測試CuIn1-xGaxSe2薄膜電阻率，得出摻雜濃度對電阻率的影響不是特別明顯，隨著摻雜濃度的增加電阻率會出現(xiàn)微小的上升。使用可見分光光度計對CuIn1-xGaxSe2薄膜的吸光度進行測試，并且利用測試所得數(shù)據(jù)估算出薄膜的帶隙變化，制備出的CuIn0.8Ga0.2Se2、CuIn0.6Ga0.4Se2、CuIn0.4Ga0.6Se2、CuIn0.2Ga0.8Se2和CuGaSe2薄膜的估算光