新型三元铜基化合物薄膜太阳能电池的研究

【摘要】：目前较为热门的薄膜太阳能电池主要有碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池和铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳能电池。但是碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池中含有大量的有毒元素镉,大面积应用对环境有风险,稀有元素碲价格较贵,导致成本较高；铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池中含有稀有元素铟和镓,同样价格较贵,成本较高；铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳能电池虽然避免了价格和成本上的问题,但五元体系较为复杂,这些因素限制了以上薄膜太阳能电池的大面积推广和长期发展。为了弥补它们的不足,研究出所含元素在地球中储量丰富、价格便宜、成本较低、制造工艺简洁且重复率较高的太阳能电池的需求就显得更加迫切。 根据太阳能电池的基本设计理论,光吸收层的直接禁带宽度的最佳范围是：1.0eV-1.5eV.文献调研发现,铜锡硫(Cu2SnS3)的禁带宽度范围为0.93eV-1.51eV,吸光系数为104cm-1,所含元素无毒、在地球中储量丰富。因此,Cu2SnS3是非常理想的太阳能电池的光吸收层材料。基于以上原因,选择Cu2SnS3作为太阳能电池光吸收层材料,研究其光电性能并研究由其作为光吸收层的薄膜太阳能电池的光电特性。。 本文首先将铜粉、锡粉、硫片溶解于肼中得到Cu2SnS3前驱体溶液,将前驱体溶液旋涂、退火,得到物相纯净、晶粒大而致密的Cu2SnS3薄膜。通过激光共焦拉曼光谱测试(Raman)、热失重分析(TGA)、X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线衍射测试(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、霍尔测试(HALL)、紫外分光光度计(UV-Vis spectra)、外量子效率测试(EQE)、IV测试(Keithley4200)等测试技术对薄膜的光电性能进行了一系列表征。最后,制备了由Cu2SnS3作为光吸收层的新型三元铜基薄膜太阳能电池,得到了0.78%的光电转换效率,并研究了其稳定性,为以后Cu2SnS3薄膜太阳能电池的研究奠定了基础。 【关键词】：Cu_2SnS_3 薄膜太阳能电池 肼溶液法
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 太阳能与太阳能电池简介7-8
• 1.2 Cu_2SnS_3薄膜太阳能电池研究现状8-12
• 1.3 全文内容概述12-14
• 第二章 Cu_2SnS_3薄膜太阳能电池器件的研究与设计14-20
• 2.1 太阳能电池的工作原理14-17
• 2.2 Cu_2SnS_3薄膜太阳能电池器件的设计17-20
• 第三章 Cu_2SnS_3光吸收层的制备和光电性能的研究20-36
• 3.1 Cu_2SnS_3光吸收层前驱体浆料的制备20-24
• 3.2 Cu_2SnS_3光吸收层的制备24-31
• 3.3 Cu_2SnS_3光吸收层光电性能的研究31-36
• 第四章 Cu_2SnS_3薄膜太阳能电池的制备和光电性能研究36-42
• 4.1 Cu_2SnS_3薄膜太阳能电池的制备36-37
• 4.2 Cu_2SnS_3薄膜太阳能电池光电性能的研究37-42
• 第五章 全文总结与展望42-44
• 致谢44-45
• 参考文献45-47
• 附录Ⅰ47-48
• 附录Ⅱ48

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