铜铟硒薄膜太阳能电池相关材料研究

【摘要】：本文首先对铜铟镓硒薄膜太阳电池的底电极钼电极进行了研究，结合实验室的磁控溅射仪器的功率，氩气压，靶间距，衬底温度等沉积参数，在比较高氩压，低氩压情况下沉积的两层钼膜结构，高氩压，桥梁氩压，低氩压情况下沉积的三层钼膜结构，发现具有桥梁氩压所沉积的三层钼膜能承受更大的厚度，在相同厚度的情况下，三层钼膜具有更好的吸附性。对制得的样品用X射线衍射仪（XRD）,扫描电镜（SEM），四探针电阻测试仪等进行了检测。 采用溶剂热/水热法路线，研究了制备温度等工艺对合成CIS粉体物象等的影响。本文以硝酸铜，硝酸铟，硒粉为主要原料，乙二胺为反应溶剂，在反应釜为制备仪器，研究了不同反应温度，反应时间等合成条件下对反应物象和形貌的影响。结果表明：在反应时间设定为18h，在160°C，180°C，200°C的变化温度里，180°C为最佳的制备温度，在反应温度设定为180°C时，在12h，18h，24h，30h，36h的制备时间里，发现反应时间为30h时，能制得物象最纯的CIS粉体 透明导电薄膜由于其透明，导电的性质，使之成为太阳能电池电极材料（底电极，上电极），窗口层的最佳选择，本文探索制备了Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5, MoO3/Ag/Mo/MoO3等透明导电薄膜的制备研究，主要制备仪器为磁控溅射仪,对制得的薄膜用霍尔测试仪，四探针电阻测试仪，红外-紫外分光光度计等对薄膜的方阻，电阻率，透射率等进行了研究。用射频磁控溅射沉积Nb_2O_5薄膜和用直流磁控溅射沉积Ag薄膜在石英玻璃衬底上制备成的Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多层导电薄膜，多层薄膜电极有比现今广泛使用的透明导电氧化物更低的薄膜电阻，Ag层以变化不同的厚度来作为中间金属夹层，它的厚度在2nm到7nm间变化，银层从低厚度时的岛状结构向厚度大于5nm后的连续的薄膜状态变化，最佳的Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多层导电薄膜在可见光区具有超过85%的透过率，同时具有良好的电化学稳定性而可以适用于电学器件当中，同时本实验中研究了不同衬底温度对多层薄膜的性质的影响，多层薄膜的薄膜电阻先随衬底温度的升高而降低，但是随后在温度大于100°C后随温度的升高而升高。在衬底温度为100°C时，可以获得薄膜电阻为6.7/sq，和平均透过率接近85%的透明导电薄膜，该薄膜的优良性质可被适用于透明导电电极。 新型的透明导电薄膜电极MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多层薄膜用直流溅射顺序沉积Ag, Mo和MoO_3薄膜制备出来，不同厚度的银层首先被用来作为中间层，其中最佳的银层厚度被选定为5nm，在这个厚度下可以得到最佳的透过率和导电性配置，这类薄膜里，MoO_3薄膜厚度设定为20nm，Mo薄膜厚度设定为约2nm,这里的Mo薄膜是作为保护层，随后，我们设定Ag层厚度为5nm而变化多层薄膜的底层和顶层的MoO_3薄膜的厚度，MoO_3薄膜厚度变化在5nm和30nm之间，最佳的MoO_3薄膜厚度被确定在15nm，这些多层薄膜在可见光区有良好的光学透过性，这种高质量的透明电极，有低至5.7/sq的薄膜电阻，在490nm处有高于90%的透过率，在可见光区的平均透过率约为75%。MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多层薄膜电极这些优势适合当作染料敏化薄膜太阳能电池和铜铟镓硒薄膜太阳能电池的底电极和窗口层。 【关键词】：三层钼膜结构 CIS Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5 MoO_3/Ag/Mo/MoO_3
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 太阳电池的原理10-12
• 1.2 太阳能电池的应用领域12
• 1.3 太阳能电池的发展历史和现状12-13
• 1.4 太阳能电池的种类及特性比较13-15
• 1.5 薄膜太阳能电池15-17
• 1.6 透明导电薄膜17
• 1.7 本论文的研究目的和内容17-18
• 参考文献18-20
• 第二章 CIS 薄膜太阳能电池简介20-28
• 2.1 CIGS 薄膜的一些简介20-21
• 2.2 CIS 的制备方法研究现状21-24
• 2.2.1 真空蒸发法21-22
• 2.2.2 磁控溅射方法22
• 2.2.3 分子束外延方法22-23
• 2.2.4 电沉积23
• 2.2.5 丝网印刷法23
• 2.2.6 喷涂热解法23-24
• 2.2.7 涂抹法24
• 2.3 CIS 系列电池电池结构24-26
• 参考文献26-28
• 第三章 三层钼薄膜结构的设计和电学性能研究28-36
• 3.1 引言28-29
• 3.2 实验29
• 3.3 结果和讨论29-34
• 3.4 本章小结34-35
• 参考文献35-36
• 第四章 硝酸盐作为源材料制备 CuInSe_2粉末36-46
• 4.1 引言36-37
• 4.2 实验过程37-38
• 4.3 实验结果与讨论38-43
• 4.3.1 反应机理38-39
• 4.3.2 反应时间对合成 CuInSe_2粉体物相的影响39-40
• 4.3.3 温度对合成 CuInSe_2粉体物相的影响40-41
• 4.3.4 产物的形貌分析41-43
• 4.4 本章小结43-44
• 参考文献44-46
• 第五章 Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多层导电薄膜的制备46-58
• 5.1 引言46-47
• 5.2 实验部分47-48
• 5.2.1 Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多层薄膜的制备47
• 5.2.2 薄膜表征47-48
• 5.3 结果和分析48-53
• 5.3.1 Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5的示意结构图48
• 5.3.2 银层厚度对 Nb_2O_5/Ag/Nb_2O_5多层膜性质的影响48-52
• 5.3.3 衬底温度的影响52-53
• 5.4 结论53-55
• 参考文献55-58
• 第六章 室温下在玻璃衬底上制备 MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多层导电薄膜58-70
• 6.1 引言58-59
• 6.2 实验59
• 6.3 结果和讨论59-67
• 6.3.1 MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多层薄膜的示意结构图59-61
• 6.3.2 银层厚度对 MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多层薄膜性能的影响61-64
• 6.3.3 MoO_3薄层厚度对 MoO_3/Ag/Mo/MoO_3多层薄膜性能的影响64-67
• 6.4 本章小结67-68
• 参考文献68-70
• 第七章 结论70-72
• 攻读硕士期间完成的论文72-73
• 致谢73-74

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