收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

用于太阳电池的硫化物半导体薄膜的溶液法制备及其性能研究

高超  
【摘要】:能源短缺和环境污染是当前人类面对的两大问题。为维持社会和经济的发展,人类必须开发清洁的可再生能源。光伏发电是一种非常有前景的可再生能源技术,有望解决能源和环境这两大问题。但目前光伏发电的成本过高,极大地限制了其大规模应用。解决这一问题的可能途径是开发低成本的太阳电池材料及低成本的制备工艺以降低太阳电池的制造成本,从而降低光伏发电的成本。本论文使用低成本的溶液方法(连续离子层吸附沉积和化学浴沉积)制备出几种可应用于 太阳电池的薄膜材料(SnS、Bi_2S_3、CdS、Cu_xS、ZnS和Cu_2ZnSnS_4),详细研究了制备工艺参数对薄膜材料结构、形貌及性能的影响并对薄膜的制备机理进行了探讨。在此基础之上制备了几种结构的异质结薄膜电池原型器件,为利用溶液方法制备低成本的太阳电池打下基础。以连续离子层吸附沉积工艺制备了新颖的闪锌矿结构SnS薄膜。发现当在阳离子前驱溶液 中加入氯离子时,薄膜的生长速率提高、结晶性变好、表面形貌变粗糙。对以上结果进行了分析:认为在阳离子溶液中可能会存在金属配合离子聚合形成的多聚体,在这种多聚体中锡的配位结构与闪锌矿SnS中锡的配位结构类似。这些前驱物质吸附在衬底表面并随后与硫离子发生反应,在反应过程中锡离子的配位结构保持不变从而得到了闪锌矿结构SnS。当氯离子添加到阳离子溶液中时,氯离子促进了金属配合离子的聚合过程使得更大结构的聚合体的形成成为可能,因此加入氯离子会提高薄膜的生长速率和结晶性。使用一种新的化学浴制备体系制备了闪锌矿结构及正交结构两种结构的SnS薄膜。发现沉积温度和pH值是决定最终制备的SnS薄膜晶体结构的主要因素。对由同一制备体系可制备不同结构SnS薄膜的机理进行了探讨:认为最终得到的SnS薄膜的晶体结构由在化学浴过程中出现的中间产物中锡离子的配位结构决定,即薄膜晶体结构的不同来源于沉积过程中锡源和硫源 之间不同的反应路径。所制备的闪锌矿及正交结构SnS薄膜的电阻率最低分别为3300·cm及140·cm,均低于之前文献中报道的相应结构SnS薄膜的电阻率。研究了制备参数对正交结构SnS薄膜结构、形貌、电学及光学性能的影响,根据正交结构SnS薄膜的形成机理讨论了制备参数影响薄膜结构及性能的具体途径。以正交结构SnS为吸收层,制备了FTO/SnS/Bi_2S_3/Ag、FTO/CdS/SnS/Ag两种结构的异质结电池。所制备的异质结电池有明显的二极管特性,但光电转换效率较低,尚需进一步优化。 对Bi_2S_3薄膜的化学浴制备工艺进行了系统研究,研究了制备体系、制备参数、缓冲层、添加剂等对Bi_2S_3薄膜结构、形貌、光学及电学性能的影响。发现当在衬底表面先沉积一层SnS缓冲层再用化学浴沉积Bi_2S_3薄膜时,所制备薄膜的均匀性及粘附性有明显提高。使用由Bi(NO3)3、乙二胺四乙酸(EDTA)和硫代乙酰胺(TA)组成的化学浴制备体系沉积Bi_2S_3薄膜时,可得到由纳米棒状颗粒组成的薄膜,薄膜的表面较为疏松且与衬底的粘附性不好。当在化学浴制备体系中使用Bi(NO_3)_3及Na_2S_2O_3分别作为铋源及硫源时(配位剂使用柠檬酸铵或乙二胺四乙酸),容易得到表面呈树枝状的Bi_2S_3薄膜,薄膜的表面较为疏松且与衬底粘附不好。使用由Bi(NO_3)_3、柠檬酸铵(AC)和硫代乙酰胺(TA)组成的化学浴制备体系可沉积得到结构致密的Bi_2S_3薄膜。在此体系下通过提高硫代乙酰胺浓度、降低Bi(NO_3)_3浓度及在反应溶液中添加NH_4Cl等可提高薄膜表面的平整度。通过优化制备条件最终得到了致密、平整且与衬底粘附良好的Bi_2S_3薄膜。另外使用由Bi(NO3)3、柠檬酸铵(AC)和硫代乙酰胺(TA)组成的化学浴制备体系制备得到了二维纳米片状结构的Bi_2S_3薄膜。发现pH值及沉积温度是制备二维纳米片状结构Bi_2S_3薄膜的决定因素。以化学浴制备的Bi_2S_3薄膜为吸收层制备了FTO/SnS/Bi_2S_3/Ag结构的异质结电池。 使用氯化镉体系及乙酸镉体系制备了六方结构且有明显的(002)择优取向的CdS薄膜,对其形貌及性能进行了对比。发现使用乙酸镉体系制备的CdS薄膜组成颗粒较小,表面更为平滑。由乙酸镉体系制备的CdS薄膜的电阻率小于由氯化镉体系制备的CdS薄膜的电阻率。乙酸镉体系制备的CdS薄膜的光学带隙略大于氯化镉体系制备的CdS薄膜的光学带隙。以CuCl2为铜源、硫脲为硫源,三乙醇胺或柠檬酸铵为配位剂制备了Cu_xS薄膜,薄膜经200℃退火后结构均为辉铜矿结构。当使用不同配位剂(三乙醇胺及柠檬酸铵)制备Cu_xS薄膜时,所制备的Cu_xS薄膜在结构、形貌及性能上的差异较小。Cu_xS薄膜退火后电阻率约在10-3·cm数量级,薄膜可见光波段透过率约50%。由化学浴工艺制备了均匀、致密且粘附良好的ZnS薄膜。所制备的ZnS薄膜光学带隙约3.9eV,其在350-1950nm波段的平均透过率约为85.6%。化学浴制备的ZnS薄膜可作为一种价格低廉的减反射膜,将ZnS薄膜沉积在制绒的硅片表面可使硅片表面反射率从14%降至7%。由溶液法制备硫化物前驱薄膜后退火的方法制备了Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜,研究了前驱薄膜结构对CZTS薄膜制备的影响。发现先使用连续离子层吸附沉积制备Cu_xS与SnS的混合层后化学浴沉积ZnS层制备前驱薄膜的工艺较有利于CZTS的形成。利用该工艺制备了均匀致密的CZTS薄膜,薄膜光学带隙为1.53eV。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 赵培;吴福全;郝殿中;王礽;任树锋;;Glan-Taylor棱镜端面增透膜的研制[J];光子学报;2006年05期
2 李刚;公发全;刘万发;孙龙;孙连春;;化学氧碘激光器中的角立方反射器的研制[J];光学技术;2006年S1期
3 肖祁陵;贺洪波;邵淑英;邵建达;范正修;;沉积温度对氧化钇稳定氧化锆薄膜残余应力的影响[J];光学学报;2008年05期
4 陈善飞;王正良;陆樟献;;磁性液体薄膜的折射率在外加磁场作用下的变化特性研究[J];光学学报;2009年01期
5 卢宝文;徐学科;余祥;范正修;;不同沉积速率下热蒸发银膜的光学性能和结构分析[J];光学学报;2010年01期
6 刘国华;张维;牛文成;;SPR传感器理论模型的仿真研究[J];南开大学学报(自然科学版);2005年05期
7 ;薄膜光学 光学薄膜参数测试[J];中国光学与应用光学文摘;2005年05期
8 郑华靖;郑家贵;冯良桓;谢二庆;;CdTe多晶薄膜沉积制备及其性能[J];光学学报;2005年12期
9 程鑫彬;王占山;张众;王风丽;王洪昌;陈玲燕;;基于模拟退火算法的宽角度X射线超反射镜设计研究[J];光学学报;2006年05期
10 郝殿中;吴福全;宋连科;马丽丽;张旭;闫斌;;Wollaston棱镜宽带减反射膜的研制及测试[J];光电子.激光;2006年10期
11 郝殿中;张霞;吴福全;马丽丽;;格兰泰勒棱镜高性能宽带减反射膜的优化设计及性能测试[J];物理实验;2006年09期
12 郝殿中;吴福全;闫斌;史萌;张旭;;Glan-Thompson棱镜高性能宽带减反射膜的研制及性能测试[J];曲阜师范大学学报(自然科学版);2007年01期
13 苏现军;徐岩;司俊杰;;双波段宽带减反膜的研究[J];光学技术;2007年04期
14 陈友华;王志斌;;探测用宽截止红外双通道帯通滤光片的设计及误差分析[J];光学学报;2010年10期
15 卫耀伟;陈松林;刘志超;马平;许乔;;原子层沉积薄膜之激光损伤性能分析[J];激光杂志;2011年03期
16 吴启宏;薄膜折射率非均匀性的测试(Ⅱ)[J];光学学报;1987年03期
17 杨玲;;金属光学薄膜的激光化学沉积法[J];应用光学;1992年05期
18 黄佳木,徐成俊;氮流量对磁控溅射法制备氮化钛薄膜光学性能的影响[J];光学学报;2005年09期
19 王建,王成伟,李燕,刘维民,Zaima Shigeaki;Ag/AAO纳米有序阵列复合结构等效光学参量的确定[J];物理学报;2005年12期
20 ;薄膜光学 薄膜材料与器件[J];中国光学与应用光学文摘;2005年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 魏强;刘圣贤;王丹;刘海;;100keV质子辐照ITO薄膜微观机制与光学性能的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
2 陆巍;郑臻荣;顾培夫;管爱枝;;投影光路中二向分色镜工作状态的理论分析[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
3 何文彦;程鑫彬;马彬;丁涛;叶晓雯;张锦龙;张艳云;焦宏飞;;界面连续性对薄膜节瘤损伤特性的影响研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
4 吴福全;唐恒敬;;金属-氧化铝纳米阵列偏振特性的入射角度效应[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学(激光)联合学术'05年会论文集[C];2005年
5 徐晓峰;张凤山;范滨;;宽角度入射1500-1600nm波段减反射薄膜的研究[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
6 曹庄琪;陆海峰;李红根;邓晓旭;沈启舜;;亚毫米尺度双面金属波导及其超高阶模的研究[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
7 周红;隋成华;陈乃波;许晓军;魏高尧;蔡萍根;;在蓝宝石光纤端面上生长ZnO薄膜的方法及光学性能分析[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
8 杨燕珍;吴玉程;张志海;崔接武;史成武;;以乙醇为溶剂的喷雾热解法制备FTO薄膜及其性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
9 康利涛;高彦峰;罗宏杰;;聚合物辅助沉积热致变色二氧化钒VO_2薄膜[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
10 尚林;赵君芙;张华;梁建;许并社;;不同掺杂元素对GaN薄膜影响的研究进展[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高超;用于太阳电池的硫化物半导体薄膜的溶液法制备及其性能研究[D];南京航空航天大学;2011年
2 焦兴利;BiFeO_3外延薄膜电容器与异质结的制备和性能研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 居勇峰;氧化钛薄膜的制备、微结构及特性研究[D];电子科技大学;2012年
4 王震东;太阳电池材料CuInS_2薄膜及其纳米棒阵列研究[D];复旦大学;2010年
5 高丽丽;N掺杂p型Mg_xZn_(1-x)O薄膜的制备及相关问题的研究[D];吉林大学;2011年
6 雷洁红;锂氢同位素化合物性质的理论研究及其薄膜的制备[D];中国工程物理研究院;2010年
7 吕建国;溶胶—凝胶法制备Na掺杂ZnO薄膜的微结构及其性能表征[D];安徽大学;2011年
8 彭丽萍;In掺杂ZnO薄膜的制备与特性研究[D];重庆大学;2010年
9 刘云燕;ZnO薄膜的表面形貌与应力特性研究[D];山东师范大学;2011年
10 赵琳;掺杂与溶剂对AACVD方法制备ZnO薄膜微观形貌及性能的影响[D];燕山大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 常兰涛;颗粒硫化法制备硫化物薄膜及其光伏应用[D];浙江大学;2012年
2 吴玲;钛化物节能薄膜的制备及其光电性能研究[D];浙江大学;2012年
3 杨磊;氮化物薄膜的制备及其结构与性能研究[D];华中师范大学;2011年
4 栗蕾蕾;氧化铅薄膜的制备及其X射线光电导特性的研究[D];杭州电子科技大学;2011年
5 王艳;掺杂及不同衬底对Sn_2S_3薄膜特性影响[D];内蒙古大学;2012年
6 陈勇;硅基二氧化铈薄膜的脉冲激光制备及性能研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
7 李向明;电子束蒸发沉积重掺硅薄膜及其应用[D];杭州电子科技大学;2012年
8 孙新利;半导体氧化铁薄膜的制备、表征及光伏特性研究[D];杭州电子科技大学;2009年
9 赵景训;ITO薄膜的制备及其性能研究[D];大连交通大学;2010年
10 张继凯;磁控溅射镀制Al_2O_3薄膜及其应用[D];西安工业大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者刘其丕 李晓飞;天津薄膜光学重点实验室成立[N];中国有色金属报;2010年
2 石德;采光量可调门窗[N];中国房地产报;2004年
3 记者 连雅婕 通讯员 于柏林 于洋;太阳电池:柔软便携像纸一般[N];长春日报;2010年
4 青化 编译;太阳电池及其利用方法(一)[N];电子报;2011年
5 青化 编译;太阳电池及其利用方法(九)[N];电子报;2011年
6 青化 编译;太阳电池及其利用方法(十)[N];电子报;2011年
7 青化 编译;太阳电池及其利用方法(十四)[N];电子报;2011年
8 青化 编译;太阳电池及其利用方法(十五)[N];电子报;2011年
9 青化 编译;太阳电池及其利用方法(十七)[N];电子报;2011年
10 青化 编译;太阳电池及其利用方法(二十)[N];电子报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978