太陽能電池CuInS-,2-薄膜和ZnS薄膜的制備與性能研究.pdf

1、CuInS2(CIS)作為一種Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2型無機三元半導(dǎo)體化合物，是直接帶隙的半導(dǎo)體，吸收系數(shù)較大，大約為104-105 cm-1，其光學(xué)禁帶寬度為1.50 eV左右，非常接近太陽能電池材料的最佳禁帶寬度1.45 eV。與CuInSe2、CuInGaSe2、CdTe等化合物薄膜太陽能電池材料相比，CuInS2不含任何有毒的成分，是一種非常具有發(fā)展前途的太陽能電池材料。
　　 目前，CIGS基薄膜太陽能電池的制備多采用CdS薄膜作

2、為緩沖層，但CdS的薄膜禁帶寬度只有2.4 eV，對電池吸收層的短波響應(yīng)有一定的影響，而且CdS中的Cd是有毒重金屬，與之相應(yīng)的安全措施也增大了工業(yè)化成本，CdS的使用也不利于環(huán)境保護。因此，研究和開發(fā)無鎘CIS/CIGS太陽電池已成為全球研究此類電池的熱點。ZnS是一種n型Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體化合物，ZnS薄膜因其對環(huán)境友好，寬光學(xué)帶隙(3.5-3.8 eV)，制備成本低廉，而成為替代CdS薄膜緩沖層的優(yōu)選材料之一。
　

3、　 論文圍繞GuInS2薄膜太陽能電池材料進行了相關(guān)研究。采用磁控濺射法在玻璃襯底上制備了Mo背電極；采用了磁控濺射沉積銅銦合金預(yù)置膜，再進行N2保護下固態(tài)硫化熱處理的方法制備銅銦硫太陽能電池吸收層材料；采用化學(xué)浴方法制備了替換CdS緩沖層的ZnS薄膜材料。深入分析了薄膜的制備工藝對薄膜的光學(xué)性能、物相結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能、表面形貌等的影響和相關(guān)機理。采用X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、紫外可見光譜(UV-vis)等測

4、試手段對樣品的相關(guān)性能進行了測試和表征。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)采用磁控濺射法制備的Mo背電極與玻璃基片附著良好，電阻較低(3.2Ω/cm)。
　　 (2)所制備的CuInS2薄膜表面平整、結(jié)構(gòu)致密。實驗結(jié)果表明，硫化熱處理溫度對CuInS2的晶相形成具有重要影響，500℃開始出現(xiàn)CuInS2相，550℃形成高質(zhì)量結(jié)晶，并且CuInS2薄膜呈(103)面擇優(yōu)取向生長。Tauc法得到的CuInS2薄膜光學(xué)帶隙隨著熱

5、處理溫度的上升而逐漸減小。在550℃硫化熱處理6h后CuInS2薄膜的XRD圖譜中出現(xiàn)了對應(yīng)于黃銅礦結(jié)構(gòu)的(103)、(220)、(312)CuInS2晶體的衍射峰，SEM圖片顯示晶體顆粒為片狀，尺寸在1μm，光學(xué)帶隙為1.5 eV，更適合作為CuInS2吸收層。
　　 (3)化學(xué)浴法制備的ZnS薄膜為非晶薄膜，在沉積溫度為80℃、沉積時間1 h的條件下所制備薄膜的厚度為60.7 nm，薄膜透過率超過85％，光學(xué)帶隙在3.8-3