化学浴沉积GIS太阳能电池功能层薄膜及其光电性能研究

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CuInS2是一种性能优越的太阳能电池材料,其具有光吸收率高,禁带宽度接近太阳能电池最佳禁带宽度,直接带隙半导体,即可制成p型薄膜也可做成n型薄膜,理论转化效率高,成本低等特点,被人们称为最有希望的光伏器件材料之一。本文旨在探求应用低能耗、环境友好的化学浴沉积方法,设计合理的实验路线,优化实验参数,制备出高结晶度的硫化铜与氧化锌薄膜,并研究其光学及电学特性。本论文的主要研究内容可分为以下两大部分:   1.设计反应路线,运用传统化学浴沉积与微波辅助方法成功制备出CuS薄膜,并比较了两种方法制备薄膜的热力学和动力学过程。研究反应时间、溶液pH值以及添加剂等反应参数对制备过程的影响。通过调节这些反应参数有效控制了制备过程,最终制备出结晶良好、符合化学计量比、表面具有特殊形貌的CuS薄膜,并对其带隙与电导率进行了计算。通过改造场发射测试方法对薄膜的场发射性能进行了评价,同时研究了反应时间与络合剂/分散剂的改变对其场发射性能的影响,通过计算薄膜的功函数、几何场增强因子以及有效发射面积,得到影响场发射性能的主导因素。   2.设计反应路线,运用传统化学浴沉积方法成功制备出ZnO薄膜。研究溅射参数、络合剂与反应溶液环境等反应参数对制备过程的影响。通过调节这些反应参数有效控制了制备过程,最终制备出结晶良好、具有纤锌矿结构的、具有高度(0002)取向的ZnO薄膜,并对其带隙与电导率进行了计算。选取波长为630nm的红光激光器作为光源,对ZnO一维纳米阵列是否存在光陷效应进行了证明。将ZnO进行Al元素的n型掺杂,并利用紫外-可见漫反射光谱对ZnO:Al一维纳米阵列进行了雾度的测试,研究了随着反应时间以及掺杂量的增加雾度的变化规律;对末掺杂ZnO与Al掺杂ZnO一维纳米阵列进行了电阻率和Hall效应的测试,研究了Al掺杂量的增加对薄膜载流子浓度以及迁移率的影响。
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