化学与沉积CIS太阳能电池功能层薄膜及其光电性能研究

【摘要】： CuInS2是一种性能优越的太阳能电池材料,其具有光吸收率高,禁带宽度接近太阳能电池最佳禁带宽度,直接带隙半导体,即可制成p型薄膜也可做成n型薄膜,理论转化效率高,成本低等特点,被人们称为最有希望的光伏器件材料之一。本文旨在探求应用低能耗、环境友好的化学浴沉积方法,设计合理的实验路线,优化实验参数,制备出高结晶度的硫化铜与氧化锌薄膜,并研究其光学及电学特性。本论文的主要研究内容可分为以下两大部分: 1.设计反应路线,运用传统化学浴沉积与微波辅助方法成功制备出CuS薄膜,并比较了两种方法制备薄膜的热力学和动力学过程。研究反应时间、溶液pH值以及添加剂等反应参数对制备过程的影响。通过调节这些反应参数有效控制了制备过程,最终制备出结晶良好、符合化学计量比、表面具有特殊形貌的CuS薄膜,并对其带隙与电导率进行了计算。通过改造场发射测试方法对薄膜的场发射性能进行了评价,同时研究了反应时间与络合剂/分散剂的改变对其场发射性能的影响,通过计算薄膜的功函数、几何场增强因子以及有效发射面积,得到影响场发射性能的主导因素。 2.设计反应路线,运用传统化学浴沉积方法成功制备出ZnO薄膜。研究溅射参数、络合剂与反应溶液环境等反应参数对制备过程的影响。通过调节这些反应参数有效控制了制备过程,最终制备出结晶良好、具有纤锌矿结构的、具有高度(0002)取向的ZnO薄膜,并对其带隙与电导率进行了计算。选取波长为630nm的红光激光器作为光源,对ZnO一维纳米阵列是否存在光陷效应进行了证明。将ZnO进行Al元素的n型掺杂,并利用紫外-可见漫反射光谱对ZnO:Al一维纳米阵列进行了雾度的测试,研究了随着反应时间以及掺杂量的增加雾度的变化规律;对未掺杂ZnO与Al掺杂ZnO一维纳米阵列进行了电阻率和Hall效应的测试,研究了Al掺杂量的增加对薄膜载流子浓度以及迁移率的影响。 【关键词】：化学浴沉积 硫化铜 氧化锌 场发射 雾度
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 薄膜太阳能电池的研究背景9-14
• 1.1.1 太阳能电池简介9
• 1.1.2 Cu11152 太阳能电池材料的研究现状和发展9-11
• 1.1.3 太阳能电池的光电转换特性11-14
• 1.2 化学浴沉积(Chemical Bath Deposition)简介14-20
• 1.2.1 化学浴沉积特点14-15
• 1.2.2 化学浴沉积的理论基础15-16
• 1.2.3 化学浴沉积(CBD)的发展历史及其研究现状16-17
• 1.2.4 化学浴沉积(CBD)在合成硫化物薄膜方面的研究现状17-19
• 1.2.5 化学浴沉积(CBD)在合成氧化物薄膜方面的研究现状19-20
• 1.3 课题研究的主要内容20-21
• 第2章 微波辅助化学浴沉积(MA-CBD)制备吸收层材料硫化铜薄膜21-55
• 2.1 引言21
• 2.2 微波辅助化学浴沉积简介21-24
• 2.2.1 微波的特性21-22
• 2.2.2 微波加热的原理22-23
• 2.2.3 微波辅助化学浴沉积(MA-CBD)的应用23-24
• 2.3 实验部分24-25
• 2.3.1 实验过程中使用的主要仪器及药品24
• 2.3.2 实验步骤24-25
• 2.4 微波辅助化学浴沉积制备吸收层材料硫化铜薄膜25-53
• 2.4.1 化学浴沉积制备硫化铜薄膜的反应机理25-26
• 2.4.2 不同络合剂和反应溶液环境对薄膜的影响26-28
• 2.4.3 微波辅助化学浴沉积制备硫化铜薄膜及其热力学与动力学研究28-36
• 2.4.4 微波辅助化学浴沉积制备硫化铜薄膜的结构表征36-38
• 2.4.5 反应时间对硫化铜薄膜的影响38-41
• 2.4.6 添加剂对硫化铜薄膜的影响41-42
• 2.4.7 硫化铜薄膜的光学性能42-45
• 2.4.8 硫化铜薄膜的电学性能45-53
• 2.5 本章小结53-55
• 第3章 化学浴沉积(CBD)制备窗口层材料ZnO:Al 一维纳米阵列55-81
• 3.1 氧化锌(ZnO)的研究背景及现状55-57
• 3.2 实验部分57-58
• 3.2.1 实验制备过程中所用的主要仪器57
• 3.2.2 实验步骤57-58
• 3.3 化学浴沉积制备氧化锌一维纳米阵列58-68
• 3.3.1 制备氧化锌一维纳米阵列的工艺参数的选定58-61
• 3.3.2 氧化锌一维纳米阵列成分与结构的表征61-63
• 3.3.3 氧化锌一维纳米阵列的光学性能63-67
• 3.3.4 氧化锌一维纳米阵列的电学性能67-68
• 3.4 化学浴沉积制备铝掺杂氧化锌一维纳米阵列68-78
• 3.4.1 铝掺杂氧化锌一维纳米阵列的制备工艺68-70
• 3.4.2 铝掺杂氧化锌一维纳米阵列结构和成分的表征70-73
• 3.4.3 铝掺杂氧化锌一维纳米阵列的光学性能73-77
• 3.4.4 铝掺杂氧化锌一维纳米阵列的电学性能77-78
• 3.5 本章小结78-81
• 总结及展望81-83
• 参考文献83-95
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文95-97
• 致谢97

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