铜锌锡硫（CZTS）纳米材料及薄膜的溶液法制备及其光伏性质探索

【摘要】：锌黄锡矿结构的铜锌锡硫（CZTS）材料与目前在薄膜太阳能电池领域表现出色的黄铜矿结构的铜铟镓硒（CIGS）材料具有相似的晶体结构和光电性能。铜锌锡硫材料的光学带隙为1.5eV，更接近太阳能电池的最佳光学带隙。铜锌锡硫太阳能电池的组成元素在地球中含量丰富，且硫比硒的毒性要小很多。因此铜锌锡硫非常适合替代含稀有元素铟及高毒性硒的铜铟镓硒来发展高效、廉价的太阳能电池。 本论文针对目前铜锌锡硫太阳能电池的制备现状，旨在开发出一种低成本、环保无毒且易于规模化的制备方法。论文主要研究内容分为两个方面。 第一，我们首先从合成适合用于溶液法制备铜锌锡硫薄膜的材料入手，分别用溶剂热法和热注入法制备了一系列铜锌锡硫微米和纳米粒子。研究发现用本论文中溶剂热方法制备得到的铜锌锡硫粒子一般为微米量级，且其形貌不易控制，不太适合用来制备高质量的铜锌锡硫薄膜；而使用热注入方法制备所得铜锌锡硫粒子一般为纳米量级且单分散性良好。其次，在热注入方法中，我们使用一种新型无毒溶剂聚乙二醇（PEG）代替文献中大量使用的有毒溶剂油胺制备得到了铜锌锡硫纳米粒子，并对不同溶剂的产物进行了对比研究。 第二，我们将使用无毒溶剂聚乙二醇所合成的纳米粒子配制成铜锌锡硫纳米粒子“油墨”，并分别使用旋涂法和电喷雾法制备了铜锌锡硫薄膜，实验发现，本论文中电喷雾法制备的铜锌锡硫薄膜具有更好的均一性且薄膜厚度容易控制。为了进一步验证该材料的光电特性，我们对使用电喷雾制备的铜锌锡硫薄膜进行了光导测试并设计和制备了简单的混合异质结器件，实验发现，在光照条件下该材料会产生大量的光生载流子且该材料在异质结光伏器件中展示了良好的光伏特性。 【关键词】：薄膜太阳能电池 铜锌锡硫纳米粒子 热注入 无毒 电喷雾 光导
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 研究背景和意义9-11
• 1.2 铜锌锡硫太阳能电池的发展历程与研究现状11-21
• 1.2.1 铜锌锡硫太阳能电池的由来11-15
• 1.2.2 铜锌锡硫太阳能电池的制备方法及其现状15-21
• 1.3 本论文的主要工作21-22
• 第二章 器件结构、机理以及性能表征22-26
• 2.1 铜锌锡硫太阳能电池的结构22-23
• 2.2 铜锌锡硫太阳能电池的工作机理23-24
• 2.3 器件的性能表征24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 器件的制备与测试系统26-32
• 3.1 铜锌锡硫太阳能电池的制备流程26-27
• 3.2 器件的制备仪器27-29
• 3.2.1 氧等离子处理设备27-28
• 3.2.2 电喷雾设备28
• 3.2.3 真空蒸镀设备28-29
• 3.3 器件的测试系统29-31
• 3.3.1 J-V特性曲线测试系统29-30
• 3.3.2 入射光转换效率（IPCE）测试系统30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 铜锌锡硫粒子的溶剂热法和热注入法合成及表征32-44
• 4.1 引言32-33
• 4.2 实验仪器与合成方法33-35
• 4.2.1 实验试剂与仪器33-34
• 4.2.2 合成方法34-35
• 4.3 溶剂热法合成CZTS粒子的结果与讨论35-37
• 4.3.1 晶体结构表征35
• 4.3.2 形貌和粒径表征35-37
• 4.4 热注入法合成CZTS纳米粒子的结果与讨论37-42
• 4.4.1 晶体结构和相组成表征37-39
• 4.4.2 粒径和形貌表征39-40
• 4.4.3 元素组成表征40-41
• 4.4.4 吸收光谱表征41-42
• 4.5 结果分析与讨论42-43
• 4.6 本章小结43-44
• 第五章 铜锌锡硫薄膜的制备及其在简单光伏器件中的应用研究44-53
• 5.1 引言44-45
• 5.2 CZTS薄膜制备45-48
• 5.2.1 旋涂法45-46
• 5.2.2 电喷雾法46-48
• 5.2.3 两种方法的对比48
• 5.3 光导测试48-49
• 5.4 简单器件制备与表征49-51
• 5.4.1 器件结构及其制备方法49-50
• 5.4.2 器件性能表征50-51
• 5.4.3 MoO_3阳极修饰层对器件的影响51
• 5.5 本章小结51-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 总结53
• 6.2 创新点53-54
• 6.3 展望54-55
• 参考文献55-61
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文61-62
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利62-63
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目63-64
• 致谢64

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

芘类有机半导体材料研究进展    徐慧;刘霞;唐超;范曲立;黄维;

太阳能电池材料-铜锌锡硫化合物薄膜制备及器件应用研究进展    范勇;秦宏磊;密保秀;高志强;黄维;

溶胶—凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜及其表征    王多;孙亚明;孟祥成;王志英;华中;

透明有机薄膜晶体管的研究与制备    张楠

有机光电功能材料的电荷传输性质和光物理性质的理论研究    王丽娟

溶液加工型高性能电致荧光白光器件的研究及其应用    江志雄

聚合物太阳电池性能优化：活性层、电子传输层及其表面修饰    余璇

有机太阳能电池的理论模拟及旋涂/静电喷雾法制备    赵新彦

双氮单杂环化合物及铱（Ⅲ）配合物在电致发光和化学传感中的应用    翁洁娜

阳极界面修饰对聚合物太阳能电池性能影响的研究    刘志方

铜锌锡硫纳米材料的制备及其光电性能研究    侯雪梅

超薄EuF_3电极修饰层对有机场效应晶体管性能的影响    李红

荧光·磷光复合白色有机电致发光器件制备与研究    张运虎

新型螺芴基有机半导体的制备及其光电性质研究    欧昌金

空穴传输材料NPB载流子输运特性研究    马继晶

基于蓝黄互补色的白光有机电致发光器件研究    白雅杰

红色有机电致发光材料与器件研究    王金顺

铂（Ⅱ）配合物的合成与组装研究和超分子不对称骨架的合成    郑晓蕊

低电压操作的柔性有机薄膜晶体管（OTFTs）的研究    郭玉秀

脉冲激光沉积法制备无机发光薄膜的研究现状    刘维红;胡晓云;张锦;张德恺;

聚酯及其薄膜研发应用新进展    吴国光;

薄膜与涂层    赖高惠

掺镍氧化钨钼薄膜的阻抗特性    李竹影;章铭亮;罗珊;

膜电极薄膜层合同步补偿控制方法研究    李立;权建洲;陶波;

耐热高聚物热解石墨薄膜的研制    李玉庆

钾薄膜中俄歇电子的非弹性平均自由程    崔凤辉,M.A.Chesters

带薄膜层的合纤丝织物连接强力的预测    Т.Н.ШУШНОВА,王建荣

光催化抗菌薄膜的制备与性能研究    姜莉;刘奎仁;简小琴;王恩德;

功能化薄膜发展战略    张伟;吴耀根;段富华;廖凯明;

低辐射薄膜TiO_2-Ag-TiO_2-SiO的纳米尺度显微结构    詹倩,于荣,贺连龙,李斗星,郭晓楠

菁染料薄膜溶剂效应的研究    张俊平;张理;陈萍;

溶胶-水热法制备纳米氧化镁薄膜的研究    申玉双;伊赞荃;王红;

Al-Mylar层合薄膜力学性能试验测试    杨杰;时新红;赵丽滨;

TiO_2薄膜的制备及甲醛的光催化降解    龙素群;辉永庆;钟志京;

用快原子轰击质谱法研究Si_3N_4-GaAs薄膜的深度分布    黄文裕;

薄膜/基体的热失配致界面层裂研究    张东波;魏悦广;

p-SiTFT栅绝缘层用SiN薄膜的制备与研究    张化福;刘汉法;祁康成;

基片种类及梯度烧成对PZT薄膜表面形貌的影响    郝俊杰;李龙土;徐廷献;

用(XRD)和(TEM)研究碲化物薄膜附着牢固度与其显微结构的关系    张素英;范滨;程实平;凌洁华;周诗瑶;王葛亚;施天生;鲍显琴;

非制冷红外探测器用BST薄膜的制备与性能研究    吴传贵;刘兴钊;张万里;李言荣;

非PVC医用输液袋共挤薄膜的生产    

蚬华C138TA微波炉的信号薄膜排线故障处理    山东 李永强

掺杂钛酸锶钡薄膜的制备与电性能的研究    付兴华

钛酸锶钡非线性介质薄膜的高介电调谐率和低介电损耗的研究    彭东文

基于层状吸附—反应技术的金属磷酸盐薄膜的制备及功能化    王起峰

亚微米薄膜导热特性的研究    白素媛

纳米结构碳氮基薄膜的设计与机械性能    刘东光

基于共轭聚合物的新型荧光传感薄膜的创制及相关检测仪器的研制    何刚

中红外激光薄膜的研究与制备    王颖

薄膜变压器与电感器研究    刘保元

氧化镉基纳米结构薄膜的制备及应用性能研究    潘露璐

钼酸盐系列薄膜的电化学制备及特性研究    毕剑

微波调谐钛酸锶钡薄膜及其新型掺杂系列薄膜的性能研究    李恩求

铁酸铋薄膜的合成及光伏效应研究    黄东骥

薄膜/基体系统温度影响下力学性能研究    王勇军

掺杂二氧化钛多层结构薄膜的制备及光催化研究    綦晓峰

氧化亚铜粉末、薄膜的制备及其光催化性能研究    翟纪伟

纳米尺度薄膜力——热耦合场下屈曲实验分析及热疲劳的研究    孙建强

多层膜结构多铁性薄膜的制备和电磁性能研究    彭光伟

硫化镉薄膜的性质及应用研究    刘高斌

SiO_2/TiO_2薄膜的制备及其自清洁减反射性能研究    汤华清

多铁性铁酸铋薄膜的磁控溅射制备及其性能研究    康立敏