CuInS2/ZnS-太阳能电池薄膜材料的制备和表征
太阳能电池逐渐成为解决能源问题的主要器件,其中CIS系列太阳能电池光电转化效率高、性能稳定,是潜力较大的太阳能电池。CIS系列太阳能电池材料的制备方法很多,然而传统的溅射等制备方法成本高、条件难以控制,晶体的成分形貌较难控制;传统的方法制备的薄膜材料的吸光性能相对较低。为了解决这两个问题本文采用了不同的方法制备了CIS太阳能电池材料并对其光吸收性能做了分析,主要的研究内容主要以下三个方面。 首先(NH2)2CS、CuCl2·2H2O和InCl3·4H2O以乙二醇为溶剂利用溶剂热法制备CuInS2片状晶体,并分别讨论温度、时间、压力等条件对CuInS2片状晶体结构、形貌及光吸收性能的影响。 其次(NH2)2CS和Zn(CH3CCO)2·2H2O以离子水和无水乙醇的混合溶剂为溶剂,采用混合溶剂热法制备球状ZnS晶体,并考察温度、时间、表面活性剂对ZnS的结构及其光吸收性能的影响,而且对其合成机理做了简单的探索。 最后以PVDF为载体,采用涂覆法分别制备了CuInS2和ZnS涂层,并且分析了涂层的光吸收性能。 文中分别采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、傅立叶红外光谱分析(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、等分析表征手段对所得晶体进行了表征,结果表明: 1)温度对CuInS2的物相结构影响较大,随着温度的升高晶体纯度逐渐升高,150℃以下所得晶体含有CuS杂质相,150℃以上可以得到单一的CuInS2的晶体;时间对晶体形貌影响较大,反应时间越长晶体生长越完善,反应15h可得CuInS2片状晶体,压力对CuInS2的物相结构影响较大,常压条件下得到的晶体存在CuS杂质相;反应物的预处理对 CuInS2的表面形貌影响较大,常压高温溶解处理,可得分散均匀的片状CuInS2晶体,本文对反应物经常压高温处理后在190℃温度下反应15h得到了单一的的分散较好的、平均粒径在160nm～170nm之间的片状CuInS2晶体,而且在全部的可见光区域和部分的紫外光区域有较强的光吸收效率,禁带宽度约为1.43ev。 2)温度、时间对ZnS微球物相结构和表面形貌有较大影响,在150℃条件下反应12h可得单一的、分散较为均匀的硫化锌微球。表面活性剂CTAB可以解决硫化锌晶体的团聚问题,当CTAB的浓度为1mmol/L时,得到的晶体粒径分布整齐,分散均匀。得到的硫化锌在200nm-350nm有较强的吸收,在可见光的吸收较弱,禁带宽度约为3.3ev。 3) ZnS、CuInS2能较好的分散在PVDF中,PVDF的加入对制备的薄膜涂层的紫外光吸收性能有较小的影响,分别得到了禁带宽度约为1.42ev的CuInS2/PVDF薄膜吸收层和禁带宽度约为3.3ev的ZnS/PVDF薄膜窗口层材料,这两个薄膜材料都是CIS系列薄膜太阳能电池的理想材料。
太阳能电池;薄膜材料;制造工艺;结构表征
江苏科技大学
硕士
材料学
高延敏
2012
中文
TM914.42;TM215.3;TM205.1
88
2012-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）