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CuIn(S/Se)2(简称CIS)是一种直接带隙半导体材料,吸收系数高、带隙可调、转换效率高、性能稳定,并且具有优良的抗干扰、耐辐射能力而受到各国光伏界的关注,成为最有发展前途的太阳能电池之一。CIS薄膜的制备方法很多,涂覆法由于成本低,工艺简单,适合产业化大规模生产成为近几年研究的热点。
本文采用溶剂热/水热法路线,研究了各种工艺对合成CIS粉体物相和形貌的影响,并利用涂覆法制备了CIS薄膜,研究了热处理工艺对薄膜形貌的影响。采用X射线衍射仪(XRD)研究了CIS粉体的结构,采用场发射扫描电镜(FE—SEM)和扫描电镜(SEM)表征了CIS粉体及CIS薄膜的形貌,采用X射线能谱仪(EDS)分析了CIS粉体的元素成分组成,采用电化学工作站测试了CIS薄膜的光电性能。通过研究改变各种工艺制备出物相单一纯净的各种形貌的CIS纳米粉体,利用涂覆工艺制备出较好质量的CuInS2薄膜。
本文以氯化铜,氯化铟,硫脲,硒粉为主要原料,分别研究了不同反应温度、反应时间、溶剂在常压,高压,以及微波辐射等合成条件下对产物物相结构和形貌的影响。结果表明:在常压下,以乙二醇为溶剂在195℃下反应4h能合成出片状的CuInS2纳米晶粒;在高压下,以乙二醇为溶剂在160℃下反应4h能得到片状的CuInS2纳米晶粒;在高压下,以水为溶剂在190℃反应48h能得到块状的CuInS2纳米晶粒;在常压—高压混合溶剂热中,不同的原料混合方式分别得到片状和球状CuInS2纳米晶粒;以微波辐射方式在不同的温度下分别得到雪花状,球状和块状CuInS2纳米晶粒;在高压下,以乙二胺为溶剂在190℃反应12h能得到片状和块状的CuInSe2纳米晶粒;以乙二胺和无水乙醇按体积比1:1混合物为溶剂在190℃反应12h能够得到片状和球状的CuInSe2化合物,表面活性剂CTAB对产物形貌有一定影响;以乙二胺和乙二醇按体积比1:1混合物为溶剂,在反应温度为190℃,反应时间为12h时,能够得到球状的CuInSe2化合物,CTAB对产物形貌有很大影响。
本实验利用涂覆法制备出了CuInS2薄膜,研究了热处理制度(温度,时间)对薄膜物相结构和形貌的影响,得到了致密均匀的有一定光电性能的CuInS2薄膜。