CuIn(Se,S)2光伏材料的溶劑熱制備及表征.pdf

1、多元硫?qū)倩衔顲uIn(Se，S)2(含CuInSe2、CuInS2、CuIn(SxSe1-x)2等）是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，因其帶隙可調(diào)、吸收系數(shù)高、轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定，并且具有優(yōu)良的抗干擾、耐輻射能力而成為最具潛力的太陽(yáng)能電池光吸收層材料之一。目前，CuIn(Se，S)2光吸收層的制備主要采用磁控濺射、共蒸發(fā)等真空工藝，因成本高、工藝復(fù)雜而限制了CuIn(Se，S)2太陽(yáng)能電池的大規(guī)模應(yīng)用推廣。近年來(lái)，采用低成本的非真空工藝制備

2、性能優(yōu)良的CuIn(Se，S)2光伏材料成為國(guó)內(nèi)外光伏研究的熱點(diǎn)。
　　本文基于溶劑熱法，以CuCl2·2H2O、InCl3·4H2O、Se粉、Na2S·9H2O等為原料，比較系統(tǒng)地研究了CuIn(Se，S)2粉體及薄膜材料的制備，考察了S摻雜量和反應(yīng)條件等對(duì)CuIn(Se，S)2材料性能的影響，為CuIn(Se，S)2光伏材料的高效低成本制備提供參考。利用XRD、SEM、EDS及UV-Vis等材料分析檢測(cè)技術(shù)，對(duì)CuIn(Se，

3、S)2粉體及薄膜的物相組成、微觀形貌及光學(xué)特性進(jìn)行了表征，為其在光電器件、太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用提供理論參考和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　以乙醇胺為溶劑，考察了反應(yīng)溫度對(duì)溶劑熱法制備CuInSe2粉體的影響。結(jié)果表明，在180℃反應(yīng)15h可以得到較為純凈的黃銅礦相CuInSe2粉體;不同溫度下所得粉體樣品在可見(jiàn)光區(qū)均具有良好的光吸收性能，其中180℃、200℃所得樣品的光學(xué)帶隙分別為1.14eV、1.00eV;對(duì)以乙醇胺為溶劑合成CuInSe2粉

4、體的機(jī)理進(jìn)行了探討，分析認(rèn)為，中間產(chǎn)物CuSe在合成CuInSe2過(guò)程中起著非常重要的作用。
　　以Na2S·9H2O為硫源，考察了反應(yīng)溫度、溶劑種類對(duì)溶劑熱制備CuInS2粉體的影響，結(jié)果表明:在180℃、210℃下反應(yīng)15h得到的樣品為黃銅礦相CuInSe2和少量纖鋅礦相CuInSe2的混合物;隨著反應(yīng)溫度升高，CuInS2粉體的微觀形貌由表面光滑的塊體狀逐漸向表面粗糙的顆粒狀轉(zhuǎn)變;不同溶劑對(duì)產(chǎn)物的物相有著重要的影響，溶劑的配

5、位能力越強(qiáng)，越利于纖鋅礦相CuInS2的生成;此外，不同溶劑下獲得的樣品的微觀形貌也有所差異，以乙二醇為溶劑時(shí)合成的CuInS2粉體為不規(guī)則的“頁(yè)巖”狀顆粒，以乙醇作溶劑時(shí)樣品主要為直徑約200nm，厚度約20nm的細(xì)小薄片，以乙醇胺為溶劑樣品主要為直徑約100～300nm的顆?；虮∑?，而以乙二胺為溶劑時(shí)樣品形貌為卷曲的薄片形成的“花球狀”結(jié)構(gòu)。
　　以乙醇胺溶劑熱法，合成了一系列不同S摻雜量的CuIn(SxSe1-x)2粉體，樣

6、品主要為黃銅礦結(jié)構(gòu)，隨S摻雜量增加，粉體的形貌由“片簇”狀向顆粒狀演變;不同S摻雜量的CuIn(SxSe1-x)2粉體在可見(jiàn)光區(qū)均具有較好的光吸收性能。隨S含量增加，其吸收邊出現(xiàn)“藍(lán)移”，光學(xué)帶隙值可在1.16～1.48eV之間變化。
　　以乙醇胺為溶劑，在180℃下液相沉積15h制備了黃銅礦相的CuIn(Se，S)2薄膜;研究發(fā)現(xiàn)薄膜樣品與相同條件下制備的粉體樣品相比，具有完全不同的微觀形貌;實(shí)驗(yàn)表明CuInSe2、CuInS2