CuInS-,2-敏化TiO-,2-太陽能電池光陽極材料的制備和表征.pdf

1、基于太陽能的綜合利用，系統(tǒng)地闡述了太陽能電池的發(fā)展歷史，及太陽能電池的材料、結(jié)構(gòu)、發(fā)展?fàn)顩r和存在的問題等，提出了用銅銦硫(CuInS2)敏化二氧化鈦(TiO2)研究太陽能電池的思路。 TiO2是一種廉價(jià)、安全、應(yīng)用范圍廣的太陽能電池材料，但由于禁帶寬度較大(3.2eV)，只能吸收太陽光中的紫外部分，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)化效率較低，因此要對其進(jìn)行敏化，達(dá)到提高轉(zhuǎn)化效率的目的。采用有機(jī)染料敏化TiO2太陽能電池，自1991年以來一直是太陽能研究

2、領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)，但有機(jī)染料存在成本高、壽命短、性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。因此，采用無機(jī)半導(dǎo)體敏化劑取代有機(jī)染料已成為太陽能電池的一個新的研究領(lǐng)域。 CuInS2是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2型無機(jī)三元半導(dǎo)體化合物，吸收系數(shù)較大，約為104～105cm-1，是直接帶隙的半導(dǎo)體，禁帶寬度為1.50eV，接近太陽能電池材料的最佳禁帶寬度(1.45eV)。與CuInSe2相比，CuInS2不含任何有毒的成分，是一種非常具有發(fā)展前途的太陽能電池材料。但目前存在的

3、問題主要是制備CuInS2的工藝路線復(fù)雜，成本較高，阻礙了CuInS2太陽能電池向?qū)嵱没l(fā)展。因此，急需一種簡便易行且成本低的方法。 論文基于上述原因，圍繞三元合金Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物半導(dǎo)體CuInS2的可控合成與表征等方面開展了相關(guān)研究工作。 論文研究共分為三個部分：一是研究采用溶劑熱法制備的CuInS2粉體顆粒；二是研究采用連續(xù)離子層反應(yīng)法(SILAR)制備的CuInS2薄膜；三是研究CuInS2粉體顆粒敏化的TiO

4、2光電極。并采用X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、X射線能譜(EDS)、透射電鏡(TEM)、電子衍射圖譜(SAED)、紫外可見光譜(UV-vis)等測試手法對樣品進(jìn)行了表征。 用溶劑熱法制備了形貌尺寸可控的CuInS2粉體顆粒，并研究了不同溶劑、反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、填充度、pH值及表面活性劑對CuInS2的影響。用該方法制備CuInS2粉體的合適工藝參數(shù)為：以無水乙醇為溶劑，反應(yīng)物配比為Cu：In：

5、S=1：1：4，反應(yīng)溫度為150℃，反應(yīng)時(shí)間為6h，填充度為80％，添加的表面活性劑為PVP。 采用SILAR制備的CuInS2薄膜基本能滿足太陽能電池吸收層材料的要求。但由于薄膜在常規(guī)條件下制備，無惰性氣體的保護(hù)，在循環(huán)過程中很容易被空氣氧化，且薄膜表面平整度較差，存在部分缺陷，導(dǎo)致禁帶寬度變大。 用CuInS2粉體顆粒敏化后的TiO2光陽極材料吸收明顯高于未敏化的，且其吸收邊紅移至800nm左右，可吸收大部分的可見光