CdS/CdTe薄膜太阳能电池相关材料及性能研究

【摘要】：CdS/CdTe薄膜太阳能电池是一种新型的薄膜电池，在光伏产业具有广泛的开发前景。CdS的化学性能比较稳定，是一种属于Ⅱ-Ⅵ族的化合物，半导体材料的禁带宽度为2.42eV，能透过绝大多数的太阳光，在CdS/CdTe太阳能电池的运用中是一种很好的n型光电导窗口材料。CdTe是一种直接带隙的半导体材料，其禁带宽度为1.46eV，是一种良好的光伏材料，能够与CdS形成良好的异质结。因此，CdS薄膜和CdTe薄膜的质量会直接影响到电池的最终的性能和寿命。 本文主要有三个方面的工作：1、主要研究了运用化学水浴沉积法制备CdS的基本原理，并通过实验条件的改变，如沉积温度、沉积时间、反应溶液的pH值、退火条件等对薄膜质量的影响，分别用X射线衍射仪、扫描电镜和紫外可见吸收光谱等测试，从结构、形貌、光学特性等方面对其进行分析，通过讨论得出最佳优化条件。结论如下： (1)当沉积时间为60min时，沉积出的CdS薄膜均匀致密并且厚度基本稳定。 (2)当沉积温度为80℃时非常有利于CdS六方晶面的生长，形成比较完整致密的薄膜，随着沉积温度的升高，光吸收边发生了红移，CdS的禁带宽度变窄。 (3)随着溶液的pH值的升高，得到的CdS薄膜的形貌有较大改变，pH=10.5的条件下得到的CdS致密性最好，并且pH升高有利于CdS六方晶面的生长。 (4)退火处理可以使CdS的禁带宽度变窄，在其表面悬涂CdCl2甲醇溶液退火处理可以有效地促进CdS晶粒的生长和重结晶，使薄膜变得更加致密均匀。 (5)研究发现，在退火温度为400℃时效果最佳，退火温度大于400℃，CdS薄膜会被氧化。 2、本文还研究了运用电化学沉积法制备CdTe薄膜，通过改变沉积CdTe薄膜的电位和后期的热处理条件，用X射线衍射仪、原子力显微镜和紫外可见吸收光谱等测试研究了不同沉积电位和热处理条件对CdTe薄膜的晶体结构、形貌和光学特性的影响。 3、将CdS和CdTe薄膜制成一种新型的太阳能电池结构，并对其电学特性进行测试。 【关键词】：化学水浴法 CdS薄膜 电化学沉积法 CdTe薄膜 CdS/CdTe薄膜太阳能电池
【学位授予单位】：苏州科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;TQ132.44
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 太阳能电池的研究背景11-13
• 1.2 太阳能电池的基本原理13-16
• 1.3 太阳能电池的分类16-20
• 1.3.1 块状太阳能电池16-17
• 1.3.2 薄膜太阳能电池17-20
• 1.4 硫化镉(CdS)和碲化镉(CdTe)的结构性质20-22
• 1.5 本论文的主要工作22-23
• 第二章 CdS 薄膜的制备和表征方法23-34
• 2.1 薄膜的制备方法23-25
• 2.2 CdS 薄膜的制备25-30
• 2.2.1 化学水浴法制备硫化镉薄膜的反应机理26-27
• 2.2.2 实验仪器27-28
• 2.2.3 实验所需药品28
• 2.2.4 实验过程28-30
• 2.3 薄膜的表征形式30-33
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）30-31
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）31
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）31-32
• 2.3.4 紫外可见分光光度计(UV)32
• 2.3.5 台阶仪32
• 2.3.6 电化学工作站和氙灯32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 CdS 薄膜在不同工艺条件下的制备与表征34-56
• 3.1 沉积时间对 CdS 薄膜的结构和性能的影响34-39
• 3.1.1 不同沉积时间下 CdS 薄膜的 XRD34-35
• 3.1.2 不同沉积时间下 CdS 薄膜的 SEM35-36
• 3.1.3 不同沉积时间下 CdS 薄膜的光学特性36-38
• 3.1.4 不同沉积时间下制备的 CdS 薄膜的 hv-(ahv)~2的关系曲线38-39
• 3.1.5 不同沉积时间下 CdS 薄膜的厚度分析39
• 3.2 沉积温度对 CdS 薄膜的结构和性能的影响39-43
• 3.2.1 不同沉积温度下 CdS 薄膜的 XRD40-41
• 3.2.2 不同沉积温度下 CdS 薄膜的 SEM41-42
• 3.2.3 不同沉积温度下 CdS 薄膜的光学特性42-43
• 3.2.4 不同沉积温度下 CdS 薄膜的厚度43
• 3.3 反应溶液 pH 值对 CdS 薄膜的结构和性能的影响43-46
• 3.3.1 不同溶液 pH 值下制备 CdS 薄膜的 XRD44-45
• 3.3.2 不同溶液 pH 值下制备 CdS 薄膜的 SEM45-46
• 3.3.3 不同溶液 pH 值下制备 CdS 薄膜的光学特性46
• 3.4 CdCl_2预处理对 CdS 薄膜的结构和性能的影响46-50
• 3.4.1 CdCl_2预处理方法对 CdS 薄膜影响的 XRD47-48
• 3.4.2 CdCl_2预处理方法对 CdS 薄膜影响的 SEM48-49
• 3.4.3 CdCl_2预处理方法对 CdS 薄膜的光学特性影响49-50
• 3.5 不同退火温度对 CdS 薄膜的结构和性能的影响50-52
• 3.5.1 不同退火温度处理的 CdS 薄膜的 XRD50-51
• 3.5.2 不同退火温度处理的 CdS 薄膜的 SEM51-52
• 3.5.3 不同退火温度处理的 CdS 薄膜的光学特性52
• 3.6 CdS 薄膜的霍尔系数测量52-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第四章 不同工艺条件下 CdTe 薄膜的制备与表征56-65
• 4.1 CdTe 薄膜的制备56-58
• 4.2 沉积电位与 CdTe 薄膜的关系58-61
• 4.2.1 不同沉积电位下 CdTe 薄膜的 XRD58-59
• 4.2.2 不同沉积电位下 CdTe 薄膜的 AFM59-60
• 4.2.3 不同沉积电位下 CdTe 薄膜的光学性质60-61
• 4.3 CdCl_2热处理对 CdTe 薄膜的影响61-63
• 4.3.1 不同热处理的 CdTe 薄膜的 XRD61-62
• 4.3.2 不同热处理的 CdTe 薄膜的 AFM62-63
• 4.3.3 不同热处理条件下 CdTe 薄膜的导电类63
• 4.4 CdTe 薄膜的电学性质63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 CdS/CdTe 太阳能电池的制备及电池性能测试65-69
• 5.1 新型 CdS/CdTe 太阳能电池的结构65-66
• 5.2 CdS/CdTe 太阳能电池的电池性能测试66-69
• 5.2.1 两种结构的 CdS/CdTe 太阳电池的性能比较66
• 5.2.2 不同条件制备的 CdS 和 CdTe 复合的电池的性能比较66-69
• 第六章 总结69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 作者简介76

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