CdTe/CdS太阳能电池中CdS薄膜的制备与性能研究

【摘要】：CdTe/CdS太阳能电池作为一种新型的薄膜电池受到了各个国家研究者们的关注。CdTe材料是Ⅱ-Ⅵ半导体化合物,它是直接带隙材料,禁带宽度为1.45eV,其能隙宽度与太阳光谱有很好的匹配,CdS材料则作为极好的窗口层,其禁带宽度为2.42eV,能够与CdTe形成良好的异质结,从而构成异质结太阳能电池。因此,CdS薄膜的质量直接影响到在其表面生长的CdTe的质量,并对最终电池的性能有着极大的影响。 本文主要研究了化学水浴沉积法、高真空薄膜蒸发法以及溶胶凝胶法制备CdS的基本原理与实验方法,通过实验条件的改变完成对制备方法的优化与改善。并分别用三种方法制备CdS薄膜,从结构、形貌、光学特性等方面对其进行分析,探讨不同的生长工艺对CdS薄膜性能的影响。最终我们发现,在化学水浴法中溶液的pH值的增加,S2-/Cd2+值的减小都会促使化学反应速率降低。降低反应速率可以制备出表面更均匀,透光性可达到80%以上的CdS薄膜；在真空蒸发法中真空腔的真空度越好,制备的CdS择优取向性越好；在溶胶凝胶法中使用溶胶的粘滞系数越大,挥发性越好,所制备的CdS薄膜越均匀,薄膜厚度满足关系式h=kη~β/ω~ρ,其中η为粘滞系数,ω为转速。同时我们利用XRD分析证实,薄膜表面的颗粒尺寸越小,薄膜的能隙越大,其关系满足公式Eg∝(1/L)x,其中L为纳米晶粒的尺寸。针对这三种制备方法,我们分别制备了100nm厚度的CdS薄膜,结果我们得出,化学水浴沉积法可以制备出表面均匀的CdS,真空蒸发法制备的CdS结晶程度最好,溶胶凝胶法由于制备出的CdS薄膜晶粒尺寸较小,因此能隙可达到2.52eV,并且利用其自组装性可适用于需要台阶覆盖的表面复杂的衬底,我们运用溶胶凝胶法在光刻后的具有周期性结构的CdTe表面沉积CdS薄膜。 【关键词】：CdS薄膜 化学水浴沉积法 真空蒸发法 溶胶凝胶法
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 太阳能电池简介11-14
• 1.1.1 太阳能电池发展历史11
• 1.1.2 太阳能电池工作原理11-12
• 1.1.3 太阳能电池主要参数12-13
• 1.1.4 太阳能电池的分类13-14
• 1.2 薄膜太阳能电池的研究14-18
• 1.2.1 非晶硅薄膜电池15-16
• 1.2.2 CIGS薄膜电池16-17
• 1.2.3 CdTe薄膜电池17-18
• 1.3 CdS薄膜制备方法简介18-21
• 1.3.1 化学气相沉积法19-20
• 1.3.2 磁控溅射法20
• 1.3.3 高真空蒸发法20
• 1.3.4 溶胶凝胶法20-21
• 1.3.5 化学水浴沉积法21
• 1.4 本文主要工作内容21-22
• 第二章 测试仪器及原理介绍22-24
• 2.1 椭圆偏振光谱仪22-23
• 2.2 X射线衍射仪23-24
• 第三章 CdS薄膜的制备与性质的研究24-47
• 3.1 化学水浴沉积法制备CdS24-34
• 3.1.1 化学水浴法原理概述24-25
• 3.1.2 化学水浴法实验装置与方案25-26
• 3.1.3 实验步骤与注意事项26-27
• 3.1.4 CdS性质研究与分析27-34
• 3.1.5 小结34
• 3.2 高真空薄膜蒸发法制备CdS34-40
• 3.2.1 真空蒸发法原理概述34-35
• 3.2.2 真空蒸发法实验装置与方案35
• 3.2.3 实验步骤与注意事项35-36
• 3.2.4 CdS性质研究与分析36-39
• 3.2.5 小结39-40
• 3.3 溶胶凝胶-旋涂法制备CdS40-47
• 3.3.1 溶胶凝胶-旋涂法实验原理概述40-41
• 3.3.2 溶胶凝胶法实验装置与方案41-42
• 3.3.3 实验步骤与注意事项42
• 3.3.4 CdS性质研究与分析42-46
• 3.3.5 小结46-47
• 第四章 CdS薄膜制备方法比较47-55
• 4.1 厚度分析47-48
• 4.2 表面形貌分析48-49
• 4.3 X射线衍射谱分析49-52
• 4.4 透射光谱分析52-54
• 4.5 小结54-55
• 第五章 论文总结55-56
• 补充工作56-62
• 参考文献62-66
• 发表文章66-67
• 致谢67-68

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