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CuInS_2薄膜太阳能电池的制备和表征

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:51:22
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CuInS_2薄膜太阳能电池的制备和表征【摘要】:太阳能作为清洁型新能源的主题,被赞誉为人类之父,具有非常广阔的开发前景。在所有的光伏器件中,CuInS_2是直接带隙半导体材料,吸

【摘要】:太阳能作为清洁型新能源的主题,被赞誉为人类之父,具有非常广阔的开发前景。在所有的光伏器件中,CuInS_2是直接带隙半导体材料,吸光系数较大,适合作薄膜太阳能电池的光吸收层。本文采用恒电位沉积法沉积CuInS_2薄膜,因为电沉积法的成本低,可在室温下大面积沉积。 采用一步电沉积法在FTO玻璃基体上沉积p-CuInS_2薄膜;电解液为含有硫酸铜、硫酸铟、硫代硫酸钠和柠檬酸钠的硫酸盐水溶液体系,将FTO玻璃作为阴极,并利用9因素4水平的正交实验对电沉积CuInS_2薄膜工艺进行了优化,获得了最优的电沉积CuInS_2薄膜工艺。 本文采用化学水浴法制备n-In2S3薄膜。In2S3属于III-VI族化合物,适合作为太阳能电池的n型缓冲层材料归因于其具有极好的材料性质如禁带宽度为2.0-2.45eV,自身不具有毒性且不含有毒元素;并且In2S3本身的组成元素与CuInS_2薄膜相同,从而有利的降低了CuInS_2与In2S3二者之间的界面态,这样不仅降低界面态及光生载流子的复合度,且有利于提高界面处的晶格匹配程度。同时,制作了太阳能电池组件,并对其进行测试,获得Voc、Isc等参数信息。 在以上实验基础上,分别对CuInS_2薄膜和In2S3薄膜进行表征分析,主要包括:采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)进行表面形貌分析;采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子光谱(XPS)对薄膜的结构及成分进行分析;采用线性扫描和吸收光谱测试对薄膜光电性能进行分析;采用冷热探针实验对薄膜半导体类型进行分析。 另外,基于第一性原理的密度泛函理论,采用Materials Studio5.5软件中的Reflex模块确定实验中的黄铜矿相模型,并用CASTEP和DMol3模块,在几何优化后选择GGA计算交换-关联能,模拟计算了CuInS_2的能带结构和态密度,获得其禁带宽度为1.40eV,与实验所获得的结果接近。 【关键词】:CuInS_2 In2S3 太阳能电池 电沉积 模拟
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM914.42
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-11
  • 第1章 绪论11-18
  • 1.1 太阳能11
  • 1.2 太阳能电池11-12
  • 1.2.1 太阳能电池参数11-12
  • 1.2.2 太阳能电池的原理12
  • 1.3 薄膜太阳能电池研究进展及发展前景12-14
  • 1.3.1 薄膜太阳能电池研究进展12-14
  • 1.3.2 CuInS_2薄膜太阳能电池发展前景14
  • 1.4 In_2S_3薄膜在太阳能电池中的应用及制备方法14-16
  • 1.4.1 In_2S_3薄膜的基本性质及应用14-15
  • 1.4.2 β-In_2S_3薄膜的制备方法15-16
  • 1.5 本课题的研究目的及主要内容16-18
  • 1.5.1 本课题的研究目的16
  • 1.5.2 本课题的主要内容16-18
  • 第2章 实验设计及测试方法18-24
  • 2.1 实验设计18-19
  • 2.1.1 实验试剂及仪器18-19
  • 2.1.2 实验工艺流程19
  • 2.2 实验原理19-21
  • 2.2.1 电沉积 CuInS_2机理19-20
  • 2.2.2 化学浴沉积 In_2S_3薄膜机理20-21
  • 2.3 测试方法21-23
  • 2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)测试21
  • 2.3.2 原子力显微镜(AFM)测试21
  • 2.3.3 X 射线衍射(XRD)测试21
  • 2.3.4 X 射线光电子光谱(XPS)测试21-22
  • 2.3.5 光电性能测试22
  • 2.3.6 紫外-可见光吸收光谱测试22
  • 2.3.7 冷热探针实验22-23
  • 2.3.8 太阳能电池性能测试23
  • 2.4 本章小结23-24
  • 第3章 电沉积 CuInS_2薄膜工艺优化及性能测试24-37
  • 3.1 正交实验优化电沉积 CuInS_2薄膜24-27
  • 3.1.1 正交实验设计及结果24-25
  • 3.1.2 正交实验结果分析25-27
  • 3.1.3 热处理温度的影响27
  • 3.2 CuInS_2薄膜性能分析27-33
  • 3.2.1 薄膜光学性能的分析27-29
  • 3.2.2 薄膜吸收光谱测试分析29-30
  • 3.2.3 薄膜表面形貌分析30-31
  • 3.2.4 薄膜 XRD 结果分析31-32
  • 3.2.5 薄膜 XPS 结果分析32-33
  • 3.2.6 薄膜半导体类型分析33
  • 3.3 CuInS_2电沉积机理研究33-35
  • 3.4 本章小结35-37
  • 第4章 In_2S_3薄膜的制备及表征37-43
  • 4.1 In_2S_3薄膜的制备37
  • 4.2 In_2S_3薄膜的表征37-40
  • 4.2.1 薄膜吸收光谱测试分析37
  • 4.2.2 薄膜光学性能的分析37-38
  • 4.2.3 In_2S_3薄膜 SEM 分析38-39
  • 4.2.4 In_2S_3薄膜 AFM 分析39-40
  • 4.2.5 In_2S_3薄膜 XRD 分析40
  • 4.2.6 In_2S_3的 XPS 分析40
  • 4.3 太阳能电池测试40-42
  • 4.4 本章小结42-43
  • 第5章 计算方法及理论计算43-51
  • 5.1 第一性原理43
  • 5.2 密度泛函理论43-44
  • 5.3 软件介绍44-45
  • 5.3.1 CASTEP 软件包简介44
  • 5.3.2 DMol3 软件包介绍44-45
  • 5.4 能带理论45-46
  • 5.4.1 发展历程45-46
  • 5.4.2 能带理论介绍46
  • 5.5 物理模型及计算方法46-48
  • 5.5.1 建立模型46-47
  • 5.5.2 计算方法47-48
  • 5.6 计算结果与分析48-50
  • 5.6.1 DMol3 模拟结果与分析48-49
  • 5.6.2 CASTEP 模拟结果与分析49-50
  • 5.7 本章小结50-51
  • 结论51-53
  • 参考文献53-57
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文57-58
  • 致谢58


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