论文部分内容阅读
本文研究了薄膜太阳能电池吸收层材料CuInS2和缓冲层材料In2S3的制备，并对薄膜层的物相、形貌、结晶度、界面结合强度等结构特征，以及其光学性质、电学性质等进行了系统分析。主要研究内容及结果如下： （1）采用电沉积法在ITO导电玻璃上沉积CuxInySz预制膜，然后在氩气中硫化热处理制备CuInS2薄膜。首先利用电化学循环伏安法研究了 Cu2+、In3+及 S2O32-离子在ITO电极上的伏安特性，在此基础上采用恒电位法制备了CuxInySz薄膜，并分析了溶液环境（反应离子浓度、络合剂浓度、溶液pH等）及沉积电位等因素对预制膜结构的影响，优化了电沉积制备工艺。然后在氩气中对CuxInySz预制膜进行了硫化热处理使其转化为CuInS2薄膜，讨论了Cu/In比、热处理气氛、热处理温度等对薄膜性能的影响。得出结论如下：ⅰ)沉积电位宜选择?0.8V和?0.9V，最佳热处理气氛是通入氩气的同时加入升华硫，最佳热处理方式是500℃保温1小时；ⅱ)电沉积制备的高质量CuInS2薄膜呈现出p型半导体的性质，光学带隙在1.5~1.7eV之间，厚度约为5~10μm，附着力划痕仪测试的临界载荷值在8~10N。 （2）采用直流磁控溅射法在普通钠钙玻璃上沉积 Cu-In合金膜，然后在氩气中硫化热处理制备 CuInS2薄膜。主要研究了溅射功率、溅射气体压强、热处理温度、保温时间等工艺参数对 CuInS2薄膜结晶度及光学性能的影响。结论如下：ⅰ)溅射功率宜选择在80~120W之间；热处理温度宜选择在450~470℃，保温时间控制在2~3小时；ⅱ)溅射功率为110W，溅射气体压强为0.8Pa制备的CuInS2薄膜结晶度最好；ⅲ)溅射法制备的CuInS2薄膜厚度约为10μm；其光学带隙在1.6~1.8eV之间。 （3）采用磁控溅射法在ITO导电玻璃上溅射沉积In薄膜，然后在气氛管式炉中硫化热处理制备出缓冲层 In2S3薄膜材料，主要研究了溅射功率、溅射气体压强、烧结温度、保温时间等工艺参数对 In2S3薄膜形貌、结晶度、光学性能及电学性能的影响。结论如下：ⅰ)溅射气体压强为0.4Pa，惰性气体中在450~470℃中硫化热处理1小时的In2S3薄膜结晶度较好；ⅱ)快速冷却制备的In2S3薄膜杂质相少，成分纯净，而慢速冷却时In2S3薄膜中常伴有 In6S7杂质相；ⅲ)制备出的In2S3薄膜最佳溅射时间是4~5min，厚度为5~7μm，其对可见光波段吸收较少，呈现出n型半导体的特性。