CuInS-,2-敏化TiO-,2-太陽能電池光陽極材料的制備和表征.pdf

1、基于太陽能的綜合利用，系統(tǒng)地闡述了太陽能電池的發(fā)展歷史，及太陽能電池的材料、結構、發(fā)展狀況和存在的問題等，提出了用銅銦硫(CuInS2)敏化二氧化鈦(TiO2)研究太陽能電池的思路。 TiO2是一種廉價、安全、應用范圍廣的太陽能電池材料，但由于禁帶寬度較大(3.2eV)，只能吸收太陽光中的紫外部分，導致其轉化效率較低，因此要對其進行敏化，達到提高轉化效率的目的。采用有機染料敏化TiO2太陽能電池，自1991年以來一直是太陽能研究

2、領域的一個熱點，但有機染料存在成本高、壽命短、性能不穩(wěn)定等缺點。因此，采用無機半導體敏化劑取代有機染料已成為太陽能電池的一個新的研究領域。 CuInS2是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2型無機三元半導體化合物，吸收系數(shù)較大，約為104～105cm-1，是直接帶隙的半導體，禁帶寬度為1.50eV，接近太陽能電池材料的最佳禁帶寬度(1.45eV)。與CuInSe2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。但目前存在的

3、問題主要是制備CuInS2的工藝路線復雜，成本較高，阻礙了CuInS2太陽能電池向實用化發(fā)展。因此，急需一種簡便易行且成本低的方法。 論文基于上述原因，圍繞三元合金Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物半導體CuInS2的可控合成與表征等方面開展了相關研究工作。 論文研究共分為三個部分：一是研究采用溶劑熱法制備的CuInS2粉體顆粒；二是研究采用連續(xù)離子層反應法(SILAR)制備的CuInS2薄膜；三是研究CuInS2粉體顆粒敏化的TiO

4、2光電極。并采用X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、X射線能譜(EDS)、透射電鏡(TEM)、電子衍射圖譜(SAED)、紫外可見光譜(UV-vis)等測試手法對樣品進行了表征。 用溶劑熱法制備了形貌尺寸可控的CuInS2粉體顆粒，并研究了不同溶劑、反應物配比、反應溫度、反應時間、填充度、pH值及表面活性劑對CuInS2的影響。用該方法制備CuInS2粉體的合適工藝參數(shù)為：以無水乙醇為溶劑，反應物配比為Cu：In：

5、S=1：1：4，反應溫度為150℃，反應時間為6h，填充度為80％，添加的表面活性劑為PVP。 采用SILAR制備的CuInS2薄膜基本能滿足太陽能電池吸收層材料的要求。但由于薄膜在常規(guī)條件下制備，無惰性氣體的保護，在循環(huán)過程中很容易被空氣氧化，且薄膜表面平整度較差，存在部分缺陷，導致禁帶寬度變大。 用CuInS2粉體顆粒敏化后的TiO2光陽極材料吸收明顯高于未敏化的，且其吸收邊紅移至800nm左右，可吸收大部分的可見光