化學法制備太陽電池用CuInS-,2-及ZnS薄膜材料.pdf

1、隨著人類經(jīng)濟的發(fā)展，能源問題已經(jīng)成為世界各國面臨的首要問題，清潔的可再生能源的研究和開發(fā)是國際學術界關注的重點。太陽能是一種取之不盡，用之不竭的無污染潔凈能源。從20世紀50年代開始，太陽電池的研究和應用逐漸廣泛。CuInS2(CIS)是一種低溫相為黃銅礦結構的化合物半導體，其禁帶寬度為1.3～1.7eV，光吸收系數(shù)達105cm-1，較高的吸收系數(shù)使得CuInS2薄膜不需要很大的厚度就可以對太陽光充分吸收，從而使其成為非常有潛力的一種太

2、陽電池吸收層材料。目前制備CuInS2薄膜材料的工藝路線比較復雜，成本高，嚴重阻礙著CuInS2薄膜太陽電池的發(fā)展. ZnS是一種II-VI族化合物直接帶隙半導體材料，禁帶寬度為3.6-3.8ev，對可見光波段的吸收較小，生長過程中需要的溫度較低，是一種很好的替代毒性CdS的太陽電池緩沖層材料。目前主要采用化學水浴法制備ZnS薄膜，但是制備工藝不夠成熟，重現(xiàn)性不好。 本文利用低成本、非真空的化學法，制備了太陽電池用CuI

3、nS2材料和緩沖層ZnS薄膜材料，并研究了其結構和性能，分析了生長機理。其中在酸性條件下采用化學水浴法制備CuInS2薄膜和采用化學鍍法制備CuInS2薄膜是本文重點研究的技術，酸性條件下沉積CuInS2薄膜可以抑制雜質的產(chǎn)生，提高薄膜純度，兩種方法均不需要真空條件，因而對設備的要求低，所需成本較低，有利于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，同時還具有工藝參數(shù)易于控制，制備的薄膜均勻且結晶性能好等特點。通過研究，本文取得的主要創(chuàng)新成果如下： 1.優(yōu)化了

4、相關參數(shù)，得到了一步法沉積CuInS2薄膜的穩(wěn)定工藝，并初步探討了化學水浴法生長薄膜的機理；研究了襯底和絡合劑對薄膜沉積的影響，發(fā)現(xiàn)在ITO襯底上沉積和添加絡合劑可以使薄膜致密化；研究了熱處理對一步法沉積的CuInS2薄膜結晶及光電性能的影響。 2.采用多步化學水浴法制備了CuInS2薄膜，優(yōu)化了相關參數(shù)。研究了不同襯底對In2S3薄膜形貌及與襯底結合力的影響，發(fā)現(xiàn)在相對粗糙的襯底上沉積的In2S3薄膜與襯底的結合力較好，襯底對

5、In2S3薄膜的表面形貌影響不大；研究了表面活性劑對沉積In2S3薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)表面活性劑可以提高InES3薄膜的致密度；研究了熱處理對多步法沉積的CuInS2薄膜結晶及光電性能的影響，發(fā)現(xiàn)了與上述一步法熱處理相似的規(guī)律。 3.研究了還原劑對化學鍍法沉積Cu膜和In膜的影響，優(yōu)化了相關參數(shù)，得到了沉積Cu膜和In膜的穩(wěn)定工藝；研究了不同熱處理方法對制備CuInS2薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)采用單步硫化法得到的CuInS2薄膜的表面有很多