铜锌锡硒薄膜太阳能电池相关材料的研究

【摘要】：Cu2ZnSnSe4薄膜是一种具有直接带隙的P型半导体材料,室温下禁带宽度为1.4～1.5eV,光吸收系数高达104cm-1,具有良好的光电特性,可以作为吸收层材料应用于薄膜太阳能电池中。本文对Cu2ZnSnSe4薄膜太阳能电池的理论分析、结构设计、材料研究和制备等方面做了如下工作：首先我们采用直流磁控溅射法制备背接触层,通过控制气压溅射双层Mo膜,利用这种方法制备出的Mo不仅与玻璃衬底有很好的附着力,而且还有较低的电阻率,符合作为背接触层的要求；其次我们采用化学水浴法制备CdS薄膜,通过优化水浴温度、溶液浓度、沉积时间等工艺参数,沉积得到了均匀致密的CdS薄膜,适合作为Cu2ZnSnSe4薄膜电池的缓冲层；最后我们采用一步电沉积方法制备Cu-Zn-Sn预制膜,再经过自行搭建的硒化装置进行硒化处理制备Cu2ZnSnSe4薄膜,研究了电解质浓度、沉积电位、热处理时间、热处理温度等工艺参数对薄膜的表面形貌、物相组成、化学成份等性能的影响和硒化反应的机理,主要的研究结果如下： (1)研究了一步电沉积制备Cu-Zn-Sn预制膜技术,优化了电沉积工艺参数,在电解质溶液浓度分别为19mmol/L硫酸铜、70mmol/L硫酸锌、10mmol/L四氯化锡、500mmol/L柠檬酸钠的条件下,保持硒源温度为300℃,衬底温度在550℃下硒化处理,制备出了纯净且符合化学计量比的P型黄锡矿结构的Cu2ZnSnSe4薄膜。 (2)研究了电沉积制备的Cu-Zn-Sn预制膜,在不同的衬底温度下硒化处理制备的Cu2ZnSnSe4薄膜的反应机理,初步明确了Cu2ZnSnSe4薄膜的生成过程。 【关键词】：铜锌锡硒 薄膜 溅射 电沉积 硒化 反应机理
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致谢7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 太阳能电池发展简介13-14
• 1.3 太阳能电池种类14-17
• 1.3.1 硅基太阳能电池14-16
• 1.3.2 无机多元化合物太阳能电池16
• 1.3.3 有机太阳能电池16-17
• 1.4 太阳能电池的工作原理及评价指标17-20
• 1.4.1 光吸收17
• 1.4.2 光生伏特效应17-18
• 1.4.3 评价指标18-20
• 1.5 Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的结构及制备方法20-22
• 1.5.1 Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的结构20-21
• 1.5.2 Cu_2ZnSnSe_4薄膜的制备方法21-22
• 1.6 Cu_2ZnSnSe_4薄膜性质及其电池的发展现状22-23
• 1.7 本论文的主要研究工作23-24
• 第二章 实验设计与设备24-31
• 2.1 实验设计24-25
• 2.1.1 背接触层Mo的制备方案24
• 2.1.2 缓冲层CdS的制备方案24
• 2.1.3 吸收层Cu_2ZnSnSe_4的制备方案24-25
• 2.2 实验设备25-26
• 2.2.1 真空镀膜设备25
• 2.2.2 电化学沉积设备25
• 2.2.3 硒化处理设备25-26
• 2.3 测试设备26-31
• 2.3.1 X射线衍射26-28
• 2.3.2 扫描电子显微镜28-29
• 2.3.3 拉曼光谱29
• 2.3.4 能量色散谱29-31
• 第三章 背接触层Mo及缓冲层CdS薄膜的制备31-39
• 3.1 衬底的选择及清洗31-32
• 3.2 Mo层的制备及表征32-34
• 3.3 化学浴沉积法制备CdS薄膜34-38
• 3.3.1 CdS的特性及作用34
• 3.3.2 化学浴沉积CdS薄膜的机理34-35
• 3.3.3 实验过程及结果分析35-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 电化学沉积Cu_2ZnSnSe_4预制膜及硒化处理39-48
• 4.1 引言39
• 4.2 一步电化学沉积Cu-Zn-Sn预制膜及硒化39-43
• 4.2.1 电化学分析仪的工作原理39-41
• 4.2.2 硒化原理及装置41
• 4.2.3 恒电位法沉积Cu-Zn-Sn预制膜41-42
• 4.2.4 不同配比Cu-Zn-Sn预制膜的硒化42-43
• 4.3 表征分析43-47
• 4.3.1 Cu_2ZnSnSe_4薄膜的表面形貌43-44
• 4.3.2 Cu_2ZnSnSe_4薄膜的成份44-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 Cu-Zn-Sn预制膜的硒化机理研究48-59
• 5.1 引言48
• 5.2 实验过程48-50
• 5.3 Cu-Zn-Sn预制膜的硒化机理研究50-57
• 5.3.1 Cu-Zn-Sn预制膜在硒化过程中的形貌及成份的演化50-51
• 5.3.2 Cu-Zn-Sn预制膜在硒化过程中的结构和物象的演化51-57
• 5.4 黄锡矿结构的Cu_2ZnSnSe_4薄膜的化学反应生成路径57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第六章 全文总结59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

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