銅銦硒和銅銦鎵硒薄膜的制備及其能帶計(jì)算.pdf

1、銅銦硒薄膜太陽(yáng)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(shì)，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(guò)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(yáng)能電池成為目前可調(diào)帶隙高效薄膜太陽(yáng)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(chǔ)上對(duì)薄膜的能帶帶隙進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算中使用了不同的贗勢(shì)，將所得計(jì)算結(jié)果與理論值進(jìn)行了比較，得出了一系列的結(jié)果。通過(guò)計(jì)算結(jié)果分析，本文所使用的計(jì)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(shì)和PBE贗勢(shì)的計(jì)算結(jié)果都呈現(xiàn)出了帶隙逐漸變大的趨勢(shì)，且符合摻雜濃度與帶隙經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線。
　　旋涂～化學(xué)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(xué)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(guò)對(duì)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(yīng)溫度下改變反應(yīng)時(shí)間對(duì)制備CuInSe2薄膜的影響，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出在相同的實(shí)驗(yàn)溫度下，增加反應(yīng)時(shí)間有利于目標(biāo)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(cè)試出薄膜中含有Cu、In和Se三種元素。實(shí)驗(yàn)中增加反應(yīng)次數(shù)比較反應(yīng)次數(shù)對(duì)制備CuInSe2薄膜的影響，得出增加反應(yīng)次數(shù)有利于薄膜的結(jié)晶，可

4、以使薄膜更加致密，電導(dǎo)率更高，但是反應(yīng)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(guò)分析不同反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)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(yīng)溫度為200℃下反應(yīng)20h。通過(guò)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(shì)。通過(guò)測(cè)試CuIn1-xGaxSe2薄膜電阻率，得出摻雜濃度對(duì)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(huì)出現(xiàn)微小的上升。使用可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)CuIn1-xGaxSe2薄膜的吸光度進(jìn)行測(cè)試，并且利用測(cè)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