旋涂法制备CuInS_2薄膜太阳能电池光吸收层

【摘要】： 铜铟硫(CuInS_2)薄膜太阳电池由于具有高的转换效率、长期稳定性、无毒等优点而成为光伏界研究的热点。本论文主要是从高效低成本的角度出发,研究电池中的光吸收层的非真空制备工艺,以期能为CuInS_2薄膜太阳电池的大规模工业化生产奠定基础。具体工艺路线为:首先以共沉淀法制备铜铟的纳米硫化物混合粉末,然后以该混合粉末在氢气中退火得到的混合物为前驱物调制浆料并旋涂成膜,最后将预置膜在含有硫的气氛中退火得到具有单一黄铜矿结构的CuInS_2薄膜。 在论文中,首先考察了共沉淀反应的pH值的变化对共沉淀产物的影响。分别选择pH为1、3、5作为共沉淀的反应条件,将所得沉淀分别在Ar气氛中500 oC退火30min。X射线衍射(XRD)分析结果表明当共沉淀的pH值为1时,所得沉淀烧结后只含有CuInS_2的黄铜矿相,不含有In2O3和CuO等杂相,因此确定pH=1是较为合适的共沉淀反应pH值。 其次,考察了H2退火对制备的薄膜的影响。以共沉淀法所得的硫化物混合粉末及其在H2中退火后所得的混合粉末分别作为前驱物制备CuInS_2薄膜。扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDS)、XRD以及Raman测试结果显示,在这两种薄膜中都形成了CuInS_2的黄铜矿相,但以在H2中退火后的粉体为前驱物制备的薄膜质量显著提高,薄膜的排列密度更高,杂质相消失了,而且质量也大大提高了。因此,对共沉淀所得硫化物粉末进行H2退火是实验中必不可少的环节。吸收光谱测得制备的CuInS_2薄膜的带隙约为1.45eV。论文还对硫化的反应机理进行了探讨,发现形成CuInS_2的过程是通过Cu-In合金的分解完成的。也就是说Cu-In合金中的Cu和In原子通过扩散穿过最初形成的CuInS_2到达薄膜表面与S发生反应,即硫化过程是受原子的扩散速率控制的。 最后,摸索了硫化过程的一些工艺参数,如硫化的温度、时间等。实验结果表明,520oC是比较好的硫化温度,硫化时间为15min比较合适。 【关键词】：铜铟硫 共沉淀 纳米颗粒 旋涂 退火 扩散控制
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 太阳能电池概述9-16
• 1.1.1 太阳能电池发展背景及意义9
• 1.1.2 太阳能电池发展历程及现状9-11
• 1.1.3 太阳能电池的分类11-12
• 1.1.4 太阳能电池的工作原理和基本特性12-16
• 1.1.4.1 太阳能电池的工作原理12-15
• 1.1.4.2 太阳能电池的基本特性15-16
• 1.2 CuInS_2薄膜太阳能电池简介16-21
• 1.2.1 CuInS_2 薄膜太阳能电池的发展历史和研究现状16
• 1.2.2 CuInS_2 薄膜太阳能电池的产业化情况16-17
• 1.2.3 CuInS_2 薄膜太阳能电池的结构17-18
• 1.2.4 CuInS_2 材料的基本性质18-19
• 1.2.5 CuInS_2 薄膜材料的制备19-21
• 1.2.5.1 真空蒸发法19-20
• 1.2.5.2 硫化法20-21
• 1.3 论文的选题及结构21-23
• 1.3.1 选题目的及研究内容21
• 1.3.2 论文的结构21-23
• 第2章 旋涂法制备 CuInS_2薄膜以及样品的表征方法23-28
• 2.1 旋涂法制备CuInS_2薄膜23-27
• 2.1.1 实验仪器及试剂24
• 2.1.2 衬底材料的选择及前处理24-25
• 2.1.3 纳米前驱物混合粉末的制备25
• 2.1.4 H2 退火处理25
• 2.1.5 前驱物墨水的配制25-26
• 2.1.6 旋涂法制备预置薄膜26
• 2.1.7 薄膜的预处理以及硫化26-27
• 2.2 样品表征方法27-28
• 第3章 实验结果与分析28-43
• 3.1 pH 值的变化对共沉淀产物的影响28-31
• 3.2 H2退火对制备的薄膜的影响31-37
• 3.2.1 表面形貌和EDS 结果分析31-34
• 3.2.2 XRD 分析34-35
• 3.2.3 Raman 结果分析35
• 3.2.4 光学性能35-36
• 3.2.5 硫化反应机理探讨36-37
• 3.3 硫化工艺参数的摸索37-43
• 3.3.1 硫化温度对CuInS_2 薄膜的影响37-40
• 3.3.1.1 不同硫化温度的CuInS_2 薄膜的XRD 分析38-39
• 3.3.1.2 不同硫化温度的CuInS_2 薄膜的SEM 和EDS 分析39-40
• 3.3.2 硫化时间对CuInS_2 薄膜的影响40-43
• 3.3.2.1 XRD 分析40-41
• 3.3.2.2 SEM 表面形貌和EDS 结果分析41-43
• 第4章 结论43-45
• 4.1 研究成果43-44
• 4.2 存在问题及发展前景展望44-45
• 参考文献45-47
• 在读期间发表的学术论文47-48
• 致谢48

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

薄膜太阳能电池用硫系纳米材料的制备及表征    蔡倩

无铟硫族化合物光电材料的制备及结构研究    纪念静

硫化沉淀法分离ITO废靶浸出液中铟锡的研究    刘志宏,李玉虎,李启厚,艾侃,张多默

铜铟镓硒薄膜太阳能电池关键材料与原理型器件制备与研究    罗派峰

高砷硫酸铜结晶母液脱砷实验研究    陈春林;张旭;孙娟;

硫化铜矿湿法冶金工艺综述    张忠平

高温下CN~--Ni-Au-H_2O体系热力学性质的理论研究    蒋悦;龙炳清;

镀液中金属配合物定量计算    张英杰,范云鹰,杨显万,章江洪,陈阵,屠振密

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研究进展    王波;刘平;李伟;马凤仓;刘新宽;陈小红;

钢渣氯化浸取提钒工艺的动力学研究    朱光俊;邱会东;杨治立;兰伟;

直流电弧法回收ITO废靶技术研究    张雪凤;常鹏北;彭晖;刘冠鹏;

含砷金矿石的细菌浸出研究    王恩德,关广岳

用壳聚糖絮凝剂去除水中汞(Ⅱ)    张廷安,赵乃仁,张继荣,于淳荣,朱晓梅

废旧锂离子电池中钴的酸浸过程研究    张阳;满瑞林;王辉;陈亮;

钴电积过程控制装置的研发与应用    李传伟;徐宁;王振文;赵宇;

铜铟硒(CIS)薄膜太阳能电池吸收层的硒化工艺优化研究    王波;刘平;李伟;刘新宽;马凤仓;陈小红;

新型电解装置回收电子废弃物中铜的研究    王哲;高郁杰;丁辉;李鑫钢;汤桂兰;顾春瑞;巩晓明;

(NH_4)_2SO_4浸取轻烧氧化镁的动力学    张焕军;朱国才;胡熙恩;

高碳石煤直接酸浸提钒探索性研究    魏昶;吴惠玲;李存兄;李旻廷;梁艳辉;赵伟;

石煤氧压酸浸提钒探索试验研究    李廷;魏昶;樊刚;邓志敢;

含钒石煤氧压酸浸中影响钒浸出率的主要因素研究    魏昶;樊刚;李廷;邓志敢;

含砷难处理金矿的预处理工艺    罗文杰;马少健;周显文;

微波加热浸出初级富钛料非等温动力学及吸波特性    彭金辉;黄孟阳;张正勇;张利波;张世敏;张泽彪;黄铭;范兴祥;

氧化锌氨性浸出体系的平衡热力学研究    丁治英;尹周澜;肖忠良;张平民;胡慧萍;陈启元;

铅冰铜氧压酸浸—电积提铜工艺及理论研究    金炳界

高镁磷尾矿回收利用磷、镁的应用基础研究    黄芳

无氨硫代硫酸盐法浸出硫化银矿的工艺和机理研究    崔毅琦

低品位氧化铅锌矿硫化—浮选工艺及理论研究    李勇

锌电积能耗及节能研究    许春富

超冶金级硅的制备研究    于站良

从含锌铟复杂物料中提取金属铟新工艺的研究    刘大春

脉冲电沉积制备纳米颗粒增强金属基复合材料的研究    徐瑞东

织金新华磷矿稀土赋存状态及其在浮选、酸解过程中的行为研究    金会心

新型节能阳极材料制备技术及电化学性能研究    陈步明

固定化细胞移动床浸出高硫高铁低铜难选铜矿中铜的研究    汪银梅

碱熔法从线路板污泥中分离提取锡、铜试验研究    郑园芳

嗜酸混合硫杆菌与铜绿假单胞菌对低品位磷矿的浸磷研究    贾伟伟

石煤氧压酸浸萃取提钒新工艺研究    邓志敢

铜阳极泥氧压酸浸预处理脱铜的工艺试验研究    易超

常压下从含钒石煤中浸取钒的新技术研究    吴惠玲

镉对长周期锌电积影响的试验研究    胡东风

低品位氧化铜矿生产电镀级硫酸铜新工艺研究    陈春林

闪锌矿氧压酸浸浸出渣中回收单质硫的试验研究    李振华

低品位软锰矿与冶炼锰烟尘中锰的浸出工艺研究    徐静

薄膜太阳电池的最新进展    王育伟;刘小峰;陈婷婷;姜春萍;王瑞林;

Cu(In,Ga)Se_2太阳电池缓冲层ZnS薄膜性质及应用    刘琪;冒国兵;敖建平;

太阳能电池材料CuInS_2的研究现状    汤会香,严密,张辉,杨德仁

镍纳米粉的粒度研究    王明旭;魏志强;李年春;赵学福;闫鹏勋;

薄膜太阳能电池的研究进展    章诗;王小平;王丽军;朱玉传;林石裕;顾应展;田健健;周成琳;

硅太阳能电池的应用研究与进展    黄庆举;林继平;魏长河;姚若河;

ZnS纳米微晶的合成与光学性能的研究    钟敏;韩高荣;葛洪良;

全球太阳能电池市场规模最新动向调查——太阳能电池发展前景可观，将成为未来重要替代能源    刘永军;

粉末法制备太阳能电池Cu_2ZSnS_4薄膜吸收层    杨永刚;王世成;倪沛然;果世驹;

Cu_2SnS_3薄膜的制备及性能研究    杜金会,于振瑞,张加友,王妍妍,李正群

硫化物纳米和微晶材料的溶剂热合成及其机理研究    刘新征

铜铟硒薄膜太阳能电池材料的制备与若干理论计算研究    蒋方丹

铜铟镓硒薄膜太阳能电池关键材料与原理型器件制备与研究    罗派峰

铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池研究    褚家宝

冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究    张剑

硫族光电材料的制备与表征    刘亚

CIGS薄膜太阳能电池的工艺研究与制造    钱群

CdTe多晶薄膜的制备及后处理研究    夏庚培

准一维金属氧化物半导体纳米材料的气相合成、结构表征及发光性能研究    徐亮

纳米粒子/PMMA复合材料的制备及其性能的研究    徐飞

特殊纳米结构的水热/溶剂热制备与表征    张新华

金属硫化物的水热合成及表征    祝华云

水热—溶剂热法合成SnS纳米晶与表征    崔蕾

铜铟硒太阳能电池材料的制备与表征及RTP的设计    曹永胜

铜铟镓硒薄膜的氧化物墨水法制备与性能研究    韦永滔

薄膜太阳电池的最新进展    王育伟;刘小峰;陈婷婷;姜春萍;王瑞林;

功率模块市场增长率将进一步提高    刘广荣;

迅速发展的CIGS薄膜太阳电池    朱洁;

CIS光伏材料的发展    李文漪,蔡珣,陈秋龙

铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其发展    王希文;方小红;

Cu-In膜成分偏析对CIS膜结构的影响    方玲,张弓,庄大明,赵明,郑麒麟,丁晓峰,吴敏生

发展铜铟硒薄膜太阳电池天津独领风骚    孙云,孙国忠,敖建平

光伏发电的动态与趋向    周鑫发

太阳能电池产业的现状和发展    杨基南

ITO废靶中铟的回收    李严辉,张欣,杨永峰,张劲涛,王志萍

企业传真    

友达太阳能垂直整合布局见雏型    

全球薄膜电池产能增速连续两年逾120%    

保定天威采用欧瑞康太阳能技术开始量产薄膜太阳能电池    

太阳能光伏技术演绎城市亮化照明的缤纷时代    朱俊;

将太阳能电池打印到纸上    波合;

亚洲第一座聚光型太阳能示范电厂将在台运转    

日本产综研所制成高分子涂布型有机薄膜太阳能电池的高集成模块    江兴;

全球首条双线双结大面积硅基高效薄膜太阳能电池项目投产    潘雄;

薄膜太阳能 下一桶金?    Helen;

构建生态宜居之都—从光伏建筑一体化开始    时方晓;陈曦;

薄膜太阳电池用TCO玻璃发展分析    郭卫;陈静;

铜铟硒(CIS)薄膜太阳能电池吸收层的硒化工艺优化研究    王波;刘平;李伟;刘新宽;马凤仓;陈小红;

铜铟镓硒和铜锌锡硫化合物半导体纳米材料的制备    张庶;张晓琨;孙一灵;向勇;

新型高效铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研究和开发状况    庄大明;张弓;

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的研究进展    岳恩;唐龙;罗顺安;张平;

CuO薄膜的制备及其光伏特性    张君善;高斐;刘晓静;宋美周;李宁;

温度交变环境对薄膜太阳电池相关层材料性能的影响    郝延明;蔡宏琨;周严;林波;张德贤;林列;

基于碳纳米管的薄膜太阳能电池及多孔吸附材料    曹安源;

光电子玻璃相关技术    

非晶硅薄膜太阳能电池项目开工    梅永生　王芳 姜木金

薄膜太阳能电池关键设备实现中国造    本报记者 汪叶舟

我国生产高端薄膜太阳能电池有了“利器”    记者 王春

成本优势凸显 薄膜太阳能电池产业提速    于化丛

超大型硅基薄膜太阳能电池下线    魏双林

做企业要“快”人半拍    翟永杰　本报记者 李延生

汉能薄膜太阳能电池 项目可行性通过评审    刘平 王超慧

薄膜太阳能电池 超薄 廉价 高效    

我可再生能源研究取得新进展    记者 冯国梧 通讯员 张国

我国将建第一条铜铟硒薄膜太阳能电池中试线    风影

铜铟硒薄膜太阳能电池相关材料研究    万磊

溶胶—凝胶法制备铜锌锡硫（Cu_2ZnSnS_4）薄膜太阳能电池    苏正华

纳米半导体材料对新型薄膜太阳能电池性能影响的研究    郭薇

Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的制备及其p-n结能带偏移的研究    李纪

Cu_2ZnSnS_4纳米颗粒可控制备及其薄膜太阳能电池器件的研究    魏铭

柔性基底薄膜太阳能电池研究与试制    冯煜东

对溅射法制备的铜铟镓硒吸收层与掺铝氧化锌窗口层结构与性能的研究    李欣益

基于二氧化钛与聚苯胺太阳能电池的研究    刘自然

纳米颗粒墨水法制备Cu（In，Ga）Se_2和Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的工艺研究    刘英

铜铟硒薄膜太阳能电池材料的制备与若干理论计算研究    蒋方丹

硅基薄膜太阳能电池材料的制备与性能研究    尤天友

有机小分子薄膜太阳能电池器件电极缓冲层的机理研究    刘亚东

有机薄膜太阳能电池物理性质的研究    王平

纳米硅薄膜太阳能电池的制备和性能研究    叶枫

铜锌锡硒薄膜太阳能电池相关材料的研究    韩磊

铜锌锡硒薄膜太阳能电池研究    孟明明

薄膜太阳能电池的遗传算法优化    王全志

基于背部表面等离子体对薄膜太阳能电池效率的影响    王李

碲化镉薄膜太阳能电池相关材料的制备与表征    侯泽荣

金属平板和光栅结构理论研究    徐威