CuInS_2/ZnS-太阳能电池薄膜材料的制备和表征

【摘要】：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(NH_2)_2CS、CuCl_22H_2O和InCl_34H_2O以乙二醇为溶剂利用溶剂热法制备CuInS_2片状晶体，并分别讨论温度、时间、压力等条件对CuInS_2片状晶体结构、形貌及光吸收性能的影响。 其次(NH_2)_2CS和Zn(CH3CCO)2·2H_2O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CuInS_2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CuInS_2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CuInS_2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CuInS_2片状晶体，压力对CuInS_2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CuInS_2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CuInS_2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CuInS_2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、CuInS_2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CuInS_2/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。 【关键词】：溶剂热法 ZnS CuInS_2 涂覆法 光吸收性能
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 选题背景14
• 1.2 太阳能电池的概况14-15
• 1.3 CIS 薄膜太阳能电池国内外现状及发展趋势15-16
• 1.4 CIS 薄膜太阳能电池的原理16-17
• 1.5 CIS 薄膜太阳能电池的结构17-18
• 1.6 ClS 薄膜太阳能电池半导体介绍18-21
• 1.6.1 CuInS_2结构与性能18-20
• 1.6.2 ZnS 结构与性能20-21
• 1.7 化合物晶体的制备方法21-24
• 1.7.1 溅射法21-22
• 1.7.2 真空蒸发法22
• 1.7.3 化学浴沉积法22
• 1.7.4 电沉积法22-23
• 1.7.5 溶胶-凝胶法(Sol—Gel)23
• 1.7.6 溶剂热合成法(Solvothermal Method)23-24
• 1.8 课题目的、意义及内容24-26
• 1.8.1 选题的意义24-25
• 1.8.2 主要研究内容25-26
• 第2章 实验以及表征分析手段26-29
• 2.1 实验药品与仪器26-27
• 2.2 分析表征方法及测试手段27-29
• 2.2.1 分析表征方法27-28
• 2.2.2 测试手段28-29
• 第3章 片状 CuInS_2晶体的溶剂热合成及其光吸收性能分析29-50
• 3.1 引言29
• 3.2 实验原理及方法29-31
• 3.2.1 溶剂热法制备片状 CuInS_2晶体机理29-30
• 3.2.2 实验方法30
• 3.2.3 实验流程图30-31
• 3.3 结果与讨论31-48
• 3.3.1 温度对溶剂热合成 CuInS_2晶体的影响31-35
• 3.3.2 时间对溶剂热合成 CuInS_2的影响35-42
• 3.3.3 压力对溶剂热合成 CuInS_2的影响42-44
• 3.3.4 反应物前处理方式对溶剂热合成 CuInS_2的影响44-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 硫化锌微球的制备及其光吸收性能分析50-69
• 4.1 前言50-51
• 4.2 实验原理及方法51-52
• 4.2.1 溶剂热合成硫化锌原理51
• 4.2.2 实验方法51-52
• 4.2.3 实验流程图52
• 4.3 实验结果及分析52-67
• 4.3.1 温度对溶剂热合成 ZnS 的影响52-56
• 4.3.2 反应时间对溶剂热合成 ZnS 的影响56-60
• 4.3.3 表面活性剂对溶剂热合成 ZnS 的影响60-64
• 4.3.4 溶剂热合成 ZnS 的原理分析64-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第5章 CuInS_2/ZnS 薄膜的制备及其性能表征69-76
• 5.1 前言69
• 5.2 实验过程69-70
• 5.3 结果与讨论70-75
• 5.3.1 CuInS_2/PVDF 薄膜分析70-72
• 5.3.2 ZnS/PVDF 薄膜分析72-75
• 5.4 本章小结75-76
• 结论76-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士期间发表的学术论文82-83
• 致谢83

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