電沉積法制備CuInS-,2-和ZnS太陽能電池薄膜材料與性能表征.pdf

1、CuInS2是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為1.5eV，光吸收系數(shù)高達105cm-1，具有高的理論光電轉(zhuǎn)換效率，非常適合用作太陽能電池的吸收層材料，是當(dāng)前光伏材料研究的熱點。早期開發(fā)的化合物薄膜太陽能電池通常采用CdS作為緩沖層材料，它是一種對環(huán)境和人體有害的材料。在追求低成本、高效率的同時，開發(fā)無毒環(huán)保的無鎘化ZnS等新型緩沖層材料替代CdS材料也是CuInS2薄膜太陽能電池研究的熱點。
　　 在制備CuInS2薄膜

2、的方法中，電沉積法是一種低溫、非真空的鍍膜技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、大面積鍍膜。采用電沉積法連續(xù)沉積CuInS2薄膜吸收層和ZnS緩沖層材料，可簡化現(xiàn)有真空蒸發(fā)法和磁控濺射法的制備工藝并保證薄膜的大面積均勻性，這對大面積CuInS2太陽能電池的制作乃至實現(xiàn)低成本大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)都有著重要的意義。
　　 本文采用電沉積方法，分別在金屬Ti片和ITO透明導(dǎo)電玻璃上沉積制備了太陽能電池用的CuInS2和ZnS薄膜材料，研究了沉積電位、電解

3、質(zhì)濃度以及熱處理溫度、熱處理時間等工藝參數(shù)對薄膜物相組成、結(jié)晶狀況、表面形貌、光學(xué)性能和電學(xué)性能等的影響及其相關(guān)機理。通過X射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、拉曼光譜儀、紫外-可見-近紅外分光光度計、四探針測試儀、霍爾效應(yīng)測試系統(tǒng)等對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光電性能進行了表征。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)深入研究了CuInS2薄膜的恒電位電沉積制備技術(shù)，優(yōu)化了電沉積工藝參數(shù)，在電解質(zhì)濃度分別為12.5 mmol/L CuCl2，12

4、.5 mmol/L InCl3，125 mmol/LNa2S2O3，0.05 mol/L檸檬酸的條件下，制備出表面平整光滑，晶體顆粒分布均勻、禁帶寬度為1.6eV、載流子濃度為3.737×1017 cm-3的P型的黃銅礦結(jié)構(gòu)CuInS2薄膜。
　　 (2)研究了在金屬Ti片上制備CuInS2薄膜的最佳熱處理溫度，實驗結(jié)果表明，薄膜熱處理溫度超過400℃，由于CuInS2薄膜與Ti片的熱膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致薄膜開裂和脫落，使薄膜的