太陽(yáng)電池吸收層CuInS2與窗口層ZnO薄膜的制備與性能研究.pdf

1、CuInS2(CIS)化合物是帶隙寬度為1.53 eV的直接帶隙半導(dǎo)體，與太陽(yáng)能光譜匹配較好，吸收系數(shù)高達(dá)105cm-1，并且對(duì)輻射和雜質(zhì)不是特別的靈敏。在各種薄膜太陽(yáng)能電池里，CuInS2薄膜太陽(yáng)能電池具有環(huán)境友好、基底選擇多樣性、不含有毒成分且具有較強(qiáng)的抗輻射能力和穩(wěn)定性，使得CIS薄膜太陽(yáng)能電池成為非常有潛力的太陽(yáng)能電池。
　　 ZnO是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族直接寬禁帶化合物半導(dǎo)體，其禁帶寬度為3.4eV，在常溫下的激子束縛能

2、高達(dá)60 meV。ZnO常用作薄膜傳感器、發(fā)光二極管(LEDs)和液晶顯示中的透明導(dǎo)電電極。此外，ZnO因其優(yōu)異的光電特性和暴露在氫等離子體中強(qiáng)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的窗口層材料。
　　 本論文采用磁控濺射在鍍Mo的玻璃襯底上制備Cu-In預(yù)置膜，在N2氣氛下采用固態(tài)硫化熱處理的方法制備了CuInS2吸收層薄膜。研究了硫化溫度、硫化時(shí)間、硫化氣壓等對(duì)CuInS2薄膜的晶相結(jié)構(gòu)、表面形貌和光學(xué)帶隙等性能的影響。
　　

3、 采用兩步法制備太陽(yáng)電池窗口層ZnO納米陣列薄膜。首先利用溶膠-凝膠法或者磁控濺射法制備ZnO晶種層，然后采用水溶液法在加入六甲基四胺(HMTA)的氨水溶液中生長(zhǎng)ZnO納米陣列薄膜。研究了不同方法制備的晶種層、生長(zhǎng)時(shí)間和初始鋅離子濃度以及表面活性劑對(duì)水溶液法制備納米ZnO陣列薄膜的影響極其相關(guān)機(jī)理。
　　 采用X射線衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、紫外-可見(jiàn)光譜(UV-Vis)等測(cè)試手段對(duì)CuInS2吸收層薄膜

4、和ZnO窗口層薄膜的晶相結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)性能進(jìn)行表征。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Cu-In合金預(yù)置膜經(jīng)550℃硫化熱處理20min可制備出黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInS2薄膜，并具有(112)面的擇優(yōu)取向，所制備的CuInS2薄膜晶粒大小約為1μm，光學(xué)帶隙為1.51 eV；在生長(zhǎng)溫度為90℃，利用較薄的晶種層，在生長(zhǎng)液濃度為0.05M時(shí)生長(zhǎng)2h并加入表面活性劑PEI制備出致密均勻、利于電子傳輸?shù)娜∠蛞恢碌腪nO納米陣列薄膜。所制備出的