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CuInSe_2/Cu（In，Ga）Se_2薄膜的电沉积制备及其性能

作　者: 王信春
导　师: 杜祖亮
学　校: 河南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 电沉积 CuInSe2薄膜 CuIn1-xGaxSe2薄膜 太阳能电池
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 92次
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内容摘要


太阳能是一种清洁、环保的可再生能源,把太阳能转化为电能将使人类彻底解决能源问题。CIS系太阳能电池具有光电转换效率高,性能稳定等诸多优点,因此CIS系薄膜太阳能电池是最具大规模应用前景的太阳能电池之一。但三十多年来的研究并没有带来CIS系太阳能电池的大规模产业化。其主要原因在于,电池吸收层的制备技术复杂,设备昂贵,使得CIS太阳能电池成本居高不下。在诸多电池吸收层制备技术中,电沉积方法具有设备简单、投资小、成本低、易于大面积制备等优点,是一种有望实现CIS系太阳能电池的大规模产业化的方法。基于电沉积制备CIS系薄膜的优点及存在的问题,我们开展了以下两部分工作。1.电沉积CuInSe2薄膜的组份、结构及光电性能的研究利用恒电位电沉积法在ITO玻璃上沉积制备了CuInSe2薄膜,分析了沉积电位、离子浓度、pH值三个参数对薄膜的成份、形貌、结构及光电性能的影响。对富铜富铟的沉积条件及相应薄膜的光电性能进行详细的研究。结果发现,富铟薄膜具有很强的光电响应;富铜薄膜中,由于Cu-Se相的存在,在其中形成了新的界面,电子-空穴对在界面处因捕获而发生复合,从而导致其光电响应的强烈降低。2.电沉积制备CIGS薄膜及性能研究采用恒电位电沉积法,以乙醇做溶剂,在ITO玻璃上制备了铜铟镓硒（CIGS）薄膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和紫外-可见-近红外分光光度计（UV-VIS-NIR）分别对薄膜的形貌、成份、晶格结构和吸收特性进行了分析。结果表明,pH值在2.0左右时,制备的CIGS薄膜较符合标准化学计量比。在沉积电位-1.6 V （vs SCE）时,制备的CIGS薄膜在450℃退火后能够形成黄铜矿结构化合物CuIn0.7Ga0.3Se2;当退火温度高于450℃时,薄膜出现颗粒不连续现象。实验过程中发现,以乙醇为溶剂可以有效避免以水做溶剂所发生的过电位电沉积的析氢现象,从而大大减小了沉积电位的限制,有效地扩展了电沉积中的元素种类。该体系有望为CuIn1-xGaxSe2薄膜及其它功能材料的制备提供一种新的方法。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-29
  1.1 CIS 系薄膜太阳能电池的研究历史与现状  12-15
    1.1.1 CIS 系薄膜太阳能电池的国外研究历史与现状  12-14
    1.1.2 CIS 系薄膜太阳能电池的国内研究历史与现状  14-15
  1.2 CuInSe_2 薄膜的制备技术  15-18
    1.2.1 高真空气相法  15-17
    1.2.2 非真空液相法  17-18
  1.3 电化学沉积法的基本过程及对薄膜的影响参数  18-20
    1.3.1 电化学沉积法的基本过程  18-19
    1.3.2 薄膜的影响参数  19-20
  1.4 目前存在的主要问题以及本论文的研究内容  20-22
    1.4.1 目前存在的主要问题  20-21
    1.4.2 本论文的研究内容  21-22
  参考文献  22-29
第二章 电沉积CuInSe_2薄膜的组份、结构及光电性能的研究  29-45
  2.1 序言  29-30
  2.2 实验  30-32
    2.2.1 试剂和仪器  30
    2.2.2 基底处理  30-31
    2.2.3 薄膜的制备  31
    2.2.4 薄膜的退火处理  31-32
  2.3 结果与讨论  32-40
    2.3.1 薄膜成分  32-33
    2.3.2 薄膜形貌  33-34
    2.3.3 薄膜的XRD 分析  34-35
    2.3.4 薄膜的吸收特性  35-36
    2.3.5 薄膜的光电分离特性  36-38
    2.3.6 沉积电位对薄膜的影响  38-40
      2.3.6.1 不同电位下的薄膜SEM  38-39
      2.3.6.2 不同电位下的XRD  39
      2.3.6.3 不同电位下薄膜的成份  39-40
  2.4 本章小结  40-42
  参考文献  42-45
第三章 电沉积制备CIGS 薄膜及性能表征  45-57
  3.1 序言  45-46
  3.2 实验  46-47
    3.2.1 试剂和仪器  46
    3.2.2 基底处理  46
    3.2.3 薄膜的制备  46-47
    3.2.4 薄膜的退火处理  47
  3.3 结果与讨论  47-52
    3.3.1 薄膜形貌  47
    3.3.2 温度对薄膜形貌的影响  47-48
    3.3.3 薄膜的晶格结构  48-50
    3.3.4 CIGS 薄膜的吸收特性  50
    3.3.5 pH 值对CIGS 薄膜的影响  50-52
  3.4 本章小结  52-54
  参考文献  54-57
工作总结与展望  57-59
  工作总结  57-58
  存在的问题与展望  58-59
硕士期间发表和已完成的论文与工作  59-61
致谢  61-62

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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