基于硝酸鹽為前驅(qū)體的溶膠凝膠法制備CuInSe2薄膜.pdf

1、銅銦硒(CuInSe2)化合物半導(dǎo)體材料由于具有吸收系數(shù)高、成本低和穩(wěn)定性好等特性，成為薄膜太陽能電池研究的熱點(diǎn)。目前，采用共蒸發(fā)法制備的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了19.9％。本論文主要從低成本和環(huán)境友好的角度出發(fā)，研究電池中CuInSe2光吸收層和ZnO窗口層等薄膜材料的非真空制備工藝，以期為CuInSe2薄膜太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。論文主要分為兩個(gè)部分，具體內(nèi)容如下：
　　 第一部分主要包括采用低成本

2、的無機(jī)硝酸鹽為前驅(qū)體，通過溶膠凝膠法制備高質(zhì)量黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInSe2薄膜。首先將制備得到的溶膠通過旋涂甩膠的方法成膜后，再先后置于氫氣中還原和在固態(tài)硒源中進(jìn)行硒化，即可得到所需薄膜。通過XRD、XRF、SEM和Raman散射等手段對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征。結(jié)果表明：采用這種簡單的方法所制備的薄膜具備平整度好、結(jié)晶度高和致密性好等優(yōu)點(diǎn)，Raman散射還表明薄膜表面不存在Cu2-xSe等雜相，上述這些優(yōu)點(diǎn)非常有利于后續(xù)高質(zhì)量薄膜太陽能

3、電池的制作。另外，討論了CIS薄膜中分層現(xiàn)象的產(chǎn)生以及形成機(jī)理。所制備的CIS薄膜出現(xiàn)了分層現(xiàn)象：上層為CIS，而下層為由殘留碳和CIS小晶粒組成。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于反應(yīng)試劑三乙醇胺的難揮發(fā)性從而殘留于薄膜底部，并經(jīng)過高溫最終分解為碳。殘余碳不但會(huì)導(dǎo)致薄膜出現(xiàn)分層，而且能夠限制晶粒長大。經(jīng)過高溫氧化后可除去三乙醇胺，消除分層現(xiàn)象，但同時(shí)會(huì)極大破壞薄膜的平整度和致密性，對(duì)薄膜的性能和后續(xù)的電池制作帶來嚴(yán)重影響。
　　 第二部

4、分為非真空法制備具有增透作用的納米結(jié)構(gòu)ZnO薄膜。首先采用溶膠凝膠法制備出一層仔晶層，然后置于溶液進(jìn)行沉積生長。通過改變條件，可以對(duì)產(chǎn)物形貌進(jìn)行控制。如當(dāng)溶液中不添加DAP和添加DAP時(shí)，可分別得到具有棒狀和尖錐狀的納米ZnO薄膜；而當(dāng)溶液中含DAP時(shí)，通過改變溫度，可對(duì)薄膜的致密性及納米ZnO的尖錐性進(jìn)行控制。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中觀察的現(xiàn)象，對(duì)尖錐狀納米ZnO的生長機(jī)理進(jìn)行了簡單解釋。另外，通過比較不同生長時(shí)間的尖錐狀ZnO薄膜和襯底對(duì)光