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CuInS_2/ZnS-太阳能电池薄膜材料的制备和表征

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:04:17
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CuInS_2/ZnS-太阳能电池薄膜材料的制备和表征【摘要】:太阳能电池逐渐成为解决能源问题的主要器件,其中CIS系列太阳能电池光电转化效率高、性能稳定,是潜力较大的太阳能电池。

【摘要】:太阳能电池逐渐成为解决能源问题的主要器件,其中CIS系列太阳能电池光电转化效率高、性能稳定,是潜力较大的太阳能电池。CIS系列太阳能电池材料的制备方法很多,然而传统的溅射等制备方法成本高、条件难以控制,晶体的成分形貌较难控制;传统的方法制备的薄膜材料的吸光性能相对较低。为了解决这两个问题本文采用了不同的方法制备了CIS太阳能电池材料并对其光吸收性能做了分析,主要的研究内容主要以下三个方面。 首先(NH_2)_2CS、CuCl_22H_2O和InCl_34H_2O以乙二醇为溶剂利用溶剂热法制备CuInS_2片状晶体,并分别讨论温度、时间、压力等条件对CuInS_2片状晶体结构、形貌及光吸收性能的影响。 其次(NH_2)_2CS和Zn(CH3CCO)2·2H_2O以离子水和无水乙醇的混合溶剂为溶剂,采用混合溶剂热法制备球状ZnS晶体,并考察温度、时间、表面活性剂对ZnS的结构及其光吸收性能的影响,而且对其合成机理做了简单的探索。 最后以PVDF为载体,采用涂覆法分别制备了CuInS_2和ZnS涂层,并且分析了涂层的光吸收性能。 文中分别采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、傅立叶红外光谱分析(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、等分析表征手段对所得晶体进行了表征,结果表明: 1)温度对CuInS_2的物相结构影响较大,随着温度的升高晶体纯度逐渐升高,150℃以下所得晶体含有CuS杂质相,150℃以上可以得到单一的CuInS_2的晶体;时间对晶体形貌影响较大,反应时间越长晶体生长越完善,反应15h可得CuInS_2片状晶体,压力对CuInS_2的物相结构影响较大,常压条件下得到的晶体存在CuS杂质相;反应物的预处理对CuInS_2的表面形貌影响较大,常压高温溶解处理,可得分散均匀的片状CuInS_2晶体,本文对反应物经常压高温处理后在190℃温度下反应15h得到了单一的的分散较好的、平均粒径在160nm~170nm之间的片状CuInS_2晶体,而且在全部的可见光区域和部分的紫外光区域有较强的光吸收效率,禁带宽度约为1.43ev。 2)温度、时间对ZnS微球物相结构和表面形貌有较大影响,在150℃条件下反应12h可得单一的、分散较为均匀的硫化锌微球。表面活性剂CTAB可以解决硫化锌晶体的团聚问题,当CTAB的浓度为1mmol/L时,得到的晶体粒径分布整齐,分散均匀。得到的硫化锌在200nm-350nm有较强的吸收,在可见光的吸收较弱,禁带宽度约为3.3ev。 3) ZnS、CuInS_2能较好的分散在PVDF中,PVDF的加入对制备的薄膜涂层的紫外光吸收性能有较小的影响,分别得到了禁带宽度约为1.42ev的CuInS_2/PVDF薄膜吸收层和禁带宽度约为3.3ev的ZnS/PVDF薄膜窗口层材料,这两个薄膜材料都是CIS系列薄膜太阳能电池的理想材料。 【关键词】:溶剂热法 ZnS CuInS_2 涂覆法 光吸收性能
【学位授予单位】:江苏科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.2
【目录】:
  • 摘要6-8
  • Abstract8-14
  • 第1章 绪论14-26
  • 1.1 选题背景14
  • 1.2 太阳能电池的概况14-15
  • 1.3 CIS 薄膜太阳能电池国内外现状及发展趋势15-16
  • 1.4 CIS 薄膜太阳能电池的原理16-17
  • 1.5 CIS 薄膜太阳能电池的结构17-18
  • 1.6 ClS 薄膜太阳能电池半导体介绍18-21
  • 1.6.1 CuInS_2结构与性能18-20
  • 1.6.2 ZnS 结构与性能20-21
  • 1.7 化合物晶体的制备方法21-24
  • 1.7.1 溅射法21-22
  • 1.7.2 真空蒸发法22
  • 1.7.3 化学浴沉积法22
  • 1.7.4 电沉积法22-23
  • 1.7.5 溶胶-凝胶法(Sol—Gel)23
  • 1.7.6 溶剂热合成法(Solvothermal Method)23-24
  • 1.8 课题目的、意义及内容24-26
  • 1.8.1 选题的意义24-25
  • 1.8.2 主要研究内容25-26
  • 第2章 实验以及表征分析手段26-29
  • 2.1 实验药品与仪器26-27
  • 2.2 分析表征方法及测试手段27-29
  • 2.2.1 分析表征方法27-28
  • 2.2.2 测试手段28-29
  • 第3章 片状 CuInS_2晶体的溶剂热合成及其光吸收性能分析29-50
  • 3.1 引言29
  • 3.2 实验原理及方法29-31
  • 3.2.1 溶剂热法制备片状 CuInS_2晶体机理29-30
  • 3.2.2 实验方法30
  • 3.2.3 实验流程图30-31
  • 3.3 结果与讨论31-48
  • 3.3.1 温度对溶剂热合成 CuInS_2晶体的影响31-35
  • 3.3.2 时间对溶剂热合成 CuInS_2的影响35-42
  • 3.3.3 压力对溶剂热合成 CuInS_2的影响42-44
  • 3.3.4 反应物前处理方式对溶剂热合成 CuInS_2的影响44-48
  • 3.4 本章小结48-50
  • 第4章 硫化锌微球的制备及其光吸收性能分析50-69
  • 4.1 前言50-51
  • 4.2 实验原理及方法51-52
  • 4.2.1 溶剂热合成硫化锌原理51
  • 4.2.2 实验方法51-52
  • 4.2.3 实验流程图52
  • 4.3 实验结果及分析52-67
  • 4.3.1 温度对溶剂热合成 ZnS 的影响52-56
  • 4.3.2 反应时间对溶剂热合成 ZnS 的影响56-60
  • 4.3.3 表面活性剂对溶剂热合成 ZnS 的影响60-64
  • 4.3.4 溶剂热合成 ZnS 的原理分析64-67
  • 4.4 本章小结67-69
  • 第5章 CuInS_2/ZnS 薄膜的制备及其性能表征69-76
  • 5.1 前言69
  • 5.2 实验过程69-70
  • 5.3 结果与讨论70-75
  • 5.3.1 CuInS_2/PVDF 薄膜分析70-72
  • 5.3.2 ZnS/PVDF 薄膜分析72-75
  • 5.4 本章小结75-76
  • 结论76-77
  • 参考文献77-82
  • 攻读硕士期间发表的学术论文82-83
  • 致谢83


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