CBD法沉积Cd-Zn-S化合物薄膜性能研究

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在过去的几十年中,硫化镉(CdS)被广泛用作太阳能光伏组件的缓冲层。然而,由于CdS的带隙较小(2.42e V),制约了电池光电转换效率,而且镉有毒。为了改善缓冲层的性能,有人提出用带隙较大的硫化锌(3.75e V)做为替代材料。但是经过研究发现ZnS与铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池晶格匹配较差,这严重影响了ZnS作为缓冲层太阳能薄膜电池的效率。因此,CdZnS半导体薄膜材料应运而生。一方面,CdZnS薄膜中镉的含量降低,另一方面,通过控制CdZnS薄膜中锌的含量,可以调节薄膜的光学特性和电学特性,进而提高太阳能电池效率。本论文采用化学水浴法(CBD),使用硫酸镉(CdSO4)、硫酸锌(ZnSO4)、硫脲SC(NH22为反应源溶液,采用硫酸氨(NH42SO4为缓冲剂,氨水为络合剂和酸碱平衡调节剂制备CdZnS薄膜。采用扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、紫外可见近红外分光光度计等仪器对薄膜表面形貌、元素组成、结晶度和光电特性进行测试和表征。主要研究结论如下:1.通过化学水浴法(CBD)系统实验研究,得出了络合剂(氨水)浓度对CdZnS薄膜性能的影响,即一定浓度的氨水溶液能够有效抑制反应溶液中沉淀的形成,从而促进溶液中络合物的形成,且随着氨水浓度的增加薄膜逐渐变厚、禁带宽度先增大后逐渐减小、表面形貌先变好又变差,在氨水浓度为0.4M时薄膜性能相对最好。以此为主题以第一作者身份发表了一篇SCI论文。并以此为契机研究了缓冲剂(硫酸氨)、硫酸镉、硫酸锌、硫脲对CdZnS薄膜性能的影响;2.通过函数拟合,得出了薄膜X=Zn/(Zn+Cd)值与带隙(Eg)之间的函数关系。其函数关系为:Eg=2.42+0.96x+0.37x2。总体来说,无论国外还是国内对CdZnS薄膜作为CIGS太阳能电池缓冲层的研究还是很匮乏的,所以本论文对CdZnS薄膜的研究具有重要的意义。
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