化學(xué)法制備太陽(yáng)電池用CuInS-,2-及ZnS薄膜材料.pdf

1、隨著人類經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問(wèn)題已經(jīng)成為世界各國(guó)面臨的首要問(wèn)題，清潔的可再生能源的研究和開(kāi)發(fā)是國(guó)際學(xué)術(shù)界關(guān)注的重點(diǎn)。太陽(yáng)能是一種取之不盡，用之不竭的無(wú)污染潔凈能源。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，太陽(yáng)電池的研究和應(yīng)用逐漸廣泛。CuInS2(CIS)是一種低溫相為黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體，其禁帶寬度為1.3～1.7eV，光吸收系數(shù)達(dá)105cm-1，較高的吸收系數(shù)使得CuInS2薄膜不需要很大的厚度就可以對(duì)太陽(yáng)光充分吸收，從而使其成為非常有潛力的一種太

2、陽(yáng)電池吸收層材料。目前制備CuInS2薄膜材料的工藝路線比較復(fù)雜，成本高，嚴(yán)重阻礙著CuInS2薄膜太陽(yáng)電池的發(fā)展. ZnS是一種II-VI族化合物直接帶隙半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.6-3.8ev，對(duì)可見(jiàn)光波段的吸收較小，生長(zhǎng)過(guò)程中需要的溫度較低，是一種很好的替代毒性CdS的太陽(yáng)電池緩沖層材料。目前主要采用化學(xué)水浴法制備ZnS薄膜，但是制備工藝不夠成熟，重現(xiàn)性不好。 本文利用低成本、非真空的化學(xué)法，制備了太陽(yáng)電池用CuI

3、nS2材料和緩沖層ZnS薄膜材料，并研究了其結(jié)構(gòu)和性能，分析了生長(zhǎng)機(jī)理。其中在酸性條件下采用化學(xué)水浴法制備CuInS2薄膜和采用化學(xué)鍍法制備CuInS2薄膜是本文重點(diǎn)研究的技術(shù)，酸性條件下沉積CuInS2薄膜可以抑制雜質(zhì)的產(chǎn)生，提高薄膜純度，兩種方法均不需要真空條件，因而對(duì)設(shè)備的要求低，所需成本較低，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)還具有工藝參數(shù)易于控制，制備的薄膜均勻且結(jié)晶性能好等特點(diǎn)。通過(guò)研究，本文取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下： 1.優(yōu)化了

4、相關(guān)參數(shù)，得到了一步法沉積CuInS2薄膜的穩(wěn)定工藝，并初步探討了化學(xué)水浴法生長(zhǎng)薄膜的機(jī)理；研究了襯底和絡(luò)合劑對(duì)薄膜沉積的影響，發(fā)現(xiàn)在ITO襯底上沉積和添加絡(luò)合劑可以使薄膜致密化；研究了熱處理對(duì)一步法沉積的CuInS2薄膜結(jié)晶及光電性能的影響。 2.采用多步化學(xué)水浴法制備了CuInS2薄膜，優(yōu)化了相關(guān)參數(shù)。研究了不同襯底對(duì)In2S3薄膜形貌及與襯底結(jié)合力的影響，發(fā)現(xiàn)在相對(duì)粗糙的襯底上沉積的In2S3薄膜與襯底的結(jié)合力較好，襯底對(duì)

5、In2S3薄膜的表面形貌影響不大；研究了表面活性劑對(duì)沉積In2S3薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)表面活性劑可以提高InES3薄膜的致密度；研究了熱處理對(duì)多步法沉積的CuInS2薄膜結(jié)晶及光電性能的影響，發(fā)現(xiàn)了與上述一步法熱處理相似的規(guī)律。 3.研究了還原劑對(duì)化學(xué)鍍法沉積Cu膜和In膜的影響，優(yōu)化了相關(guān)參數(shù)，得到了沉積Cu膜和In膜的穩(wěn)定工藝；研究了不同熱處理方法對(duì)制備CuInS2薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)采用單步硫化法得到的CuInS2薄膜的表面有很多