CIS類薄膜光伏電池吸收層及緩沖層材料的制備與研究.pdf

1、太陽(yáng)能是“取之不盡，用之不竭”的清潔和可再生能源。銅銦硒類薄膜太陽(yáng)能電池具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能而受到廣泛關(guān)注。CuInSe2(簡(jiǎn)稱CIS)是一種直接帶隙材料，其光吸收系數(shù)高達(dá)105數(shù)量級(jí)，是目前己知光吸收性最好的半導(dǎo)體薄膜材料之一。CIS類薄膜太陽(yáng)能電池以CIS為吸收層、以CdS為緩沖層，光電轉(zhuǎn)換效率較高。 太陽(yáng)光的最佳吸收能隙在1.45eV，CuInSe2的帶隙為1.04eV，為了提高帶隙寬度，通常摻入Ga，形成CuInGaS

2、e四元化合物。鑒于In和Ga均為昂貴金屬，本文通過(guò)在CIS中摻入廉價(jià)的金屬Al形成CuInAlSe(CIAS)，改變材料的禁帶寬度，以提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。緩沖層CdS中的Cd有毒，本文制備無(wú)毒的ZnS替代CdS做為太陽(yáng)能電池的緩沖層材料，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。 本文首先在玻璃襯底真空上蒸鍍Cu-iN和Cu-In-Al金屬多層膜以及后硒化退火的方法，制得了CIS和CIAS薄膜。然后以ZnSO4·7H2O和CS(NH2)2為原料，以

3、NH3·H2O為絡(luò)和劑，用化學(xué)水浴沉積法(CBD)制得了ZnS薄膜。進(jìn)而，對(duì)制得的樣品用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDX)、四探針電阻測(cè)試儀、分光光度計(jì)等進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。 吸收層電性能測(cè)試結(jié)果顯示，CIS薄膜的電阻率在3.68×104Ω·cm與1.89Ω·cm之間。當(dāng)Cu、In、Se的比例在1:1:2附近時(shí)，薄膜樣品的電阻率在1.0Ω·cm數(shù)量級(jí)，CIAS薄膜的電阻率較CIS薄膜的低，最

4、高為0.66×10-3Ω·cm。SEM觀察發(fā)現(xiàn)CIS薄膜樣品的形貌隨各元素比例不同而有差異。在化學(xué)計(jì)量比附近，富Cu的樣品晶粒較大。XRD物相分析顯示，在化學(xué)計(jì)量比附近能夠獲得單一物相的CIS多晶薄膜，Al替代部分In后，CIAS保持了黃銅礦型結(jié)構(gòu)。分光光度計(jì)檢測(cè)結(jié)果顯示，兩種薄膜樣品的透光率在5％以下。 SEM觀察發(fā)現(xiàn)，ZnS薄膜表面形貌呈球形，顆粒細(xì)??；四探針電阻測(cè)試顯示ZnS薄膜的電阻率大于1.0kΩ·cm，這樣的電阻率滿