电沉积制备银铟硫光电薄膜及其性能研究

来源 :山东建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jintianfuqin
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太阳能具有无穷无尽的优点,太阳能薄膜电池是有效利用太阳能的方式之一,太阳能薄膜电池的重要部件为其吸收层,这就引起了人们的重视。近年来Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体化合物材料因其具有高吸收系数和绿色环保的优点,使其在光电领域得到迅速发展,Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体化合物中的AgInS2具有光吸收系数高、环境友好性的优点,因此可以用作吸收层材料。掺杂元素是改善材料性能的方式之一,本文基于第一性原理,利用Materials Studio软件对AgInS2掺杂Al、Ga元素,探究其几何结构和光学性能,意在提高材料的性能;本文在不同的溶剂体系中,利用电沉积的方法制备AgInS2薄膜,利用XRD、SEM、EDS对其进行物相和形貌分析,并对其光电进行性能检测。(1)本文利用Materials Studio软件对AgInS2晶体结构进行掺杂模拟计算,在黄铜矿结构的AgInS2掺杂Al和Ga,掺杂Al和Ga之后,晶格常数和晶胞体积都比AgInS2的小,晶格常数和晶胞体积随着掺杂量的增多而逐渐减小;掺杂Al和Ga之后,AgInxAl1-xS2、AgInxGa1-xS2(x=0.25、0.5、0.75)的能带都比AgInS2的能带大,并且发现禁带宽度随着Ga和Al掺杂量的增加而增大,因此可以通过改变Ga的用量调节AgIn1-xGaxS2的禁带宽度,但其禁带宽度在AgInS2和Ag GaS2的禁带宽度范围之间,可以通过改变Al的用量调节AgIn1-xAlxS2的禁带宽度,其禁带宽度同样在在AgInS2和Ag Al S2的禁带宽度范围之间,通过分析分步态密度发现Ga掺杂对导带最小值有影响,导致导带最小值上移,进而影响禁带宽度,而Al掺杂主要是影响In-s键能,进而影响禁带宽度;当波长为150nm时,AgInS2的吸收率达到峰值,掺杂Al和Ga之后,峰值增都变大,并随着掺杂量的增加,峰值越来越大,但增大的幅度并不大,AgInS2在紫外光的范围有良好的吸收,掺杂Al和Ga之后,同样对紫外光保持良好的吸收。(2)在水溶液体系中,我们探究了不同电沉积液组成和不同电沉积的条件对AgInS2薄膜物相和形貌的影响,研究发现最佳的电沉积液组成为5mmol/L Ag NO3、5mmol/L In(NO3)3、100mmol/L Na2S2O3·H2O、2mmol/L Na3C6H5O7、20mmol/L Na2SO4;最优的电沉积条件为将电沉积液的p H调节为4,保持-1.0V沉积电位不变,沉积30min,并将电沉积液的温度维持在40℃,电沉积结束后在400℃硫化热处理1h,此时可以得到均匀致密的薄膜,并且结晶度最好,此时的电导率为1.142×10-2 s/cm。(3)在混合溶液体系中,我们选择了水-乙醇作为溶剂,主要因其具有合适的电化学窗口、电导率较高、电化学稳定性能好;研究乙醇对一元体系和多元体系的电化学行为的影响,发现乙醇在一定程度上促进Ag+和S2-的还原,使其沉积电位负移,而对In3+的影响并不是很明显;研究了电沉积条件和电沉积液组成对AgInS2薄膜物相和形貌的影响,最佳电沉积液组成和水溶液体系相同,在-1.0V的恒电位下沉积30min,保持电沉积液的温度为30℃,电沉积结束后在200℃下硫化热处理24h,此时薄膜的结晶度最好,薄膜表面均匀致密,适合作为吸收层材料。
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