论文部分内容阅读
多元硫属化合物CuIn(Se,S)2(含CuInSe2、CuInS2、CuIn(SxSe1-x)2等)是一种直接带隙半导体材料,因其带隙可调、吸收系数高、转换效率高、性能稳定,并且具有优良的抗干扰、耐辐射能力而成为最具潜力的太阳能电池光吸收层材料之一。目前,CuIn(Se,S)2光吸收层的制备主要采用磁控溅射、共蒸发等真空工艺,因成本高、工艺复杂而限制了CuIn(Se,S)2太阳能电池的大规模应用推广。近年来,采用低成本的非真空工艺制备性能优良的CuIn(Se,S)2光伏材料成为国内外光伏研究的热点。本文基于溶剂热法,以CuCl2·2H2O、InCl3·4H2O、Se粉、Na2S·9H2O等为原料,比较系统地研究了CuIn(Se,S)2粉体及薄膜材料的制备,考察了S掺杂量和反应条件等对CuIn(Se,S)2材料性能的影响,为CuIn(Se,S)2光伏材料的高效低成本制备提供参考。利用XRD、SEM、EDS及UV-Vis等材料分析检测技术,对CuIn(Se,S)2粉体及薄膜的物相组成、微观形貌及光学特性进行了表征,为其在光电器件、太阳能电池上的应用提供理论参考和实验依据。以乙醇胺为溶剂,考察了反应温度对溶剂热法制备CuInSe2粉体的影响。结果表明,在180℃反应15h可以得到较为纯净的黄铜矿相CuInSe2粉体；不同温度下所得粉体样品在可见光区均具有良好的光吸收性能,其中180℃、200℃所得样品的光学带隙分别为1.14eV、1.00eV；对以乙醇胺为溶剂合成CuInSe2粉体的机理进行了探讨,分析认为,中间产物CuSe在合成CuInSe2过程中起着非常重要的作用。以Na2S·9H2O为硫源,考察了反应温度、溶剂种类对溶剂热制备CuInS2粉体的影响,结果表明：在180℃、210℃下反应15h得到的样品为黄铜矿相CuInSe2和少量纤锌矿相CuInSe2的混合物；随着反应温度升高,CuInS2粉体的微观形貌由表面光滑的块体状逐渐向表面粗糙的颗粒状转变；不同溶剂对产物的物相有着重要的影响,溶剂的配位能力越强,越利于纤锌矿相CuInS2的生成；此外,不同溶剂下获得的样品的微观形貌也有所差异,以乙二醇为溶剂时合成的CuInS2粉体为不规则的“页岩”状颗粒,以乙醇作溶剂时样品主要为直径约200nm,厚度约20nm的细小薄片,以乙醇胺为溶剂样品主要为直径约100～300nm的颗粒或薄片,而以乙二胺为溶剂时样品形貌为卷曲的薄片形成的“花球状”结构。以乙醇胺溶剂热法,合成了一系列不同S掺杂量的CuIn(SxSe1-x)2粉体,样品主要为黄铜矿结构,随S掺杂量增加,粉体的形貌由“片簇”状向颗粒状演变；不同S掺杂量的CuIh(SxSe1-x)2粉体在可见光区均具有较好的光吸收性能。随S含量增加,其吸收边出现“蓝移”,光学带隙值可在1.16～1.48eV之间变化。以乙醇胺为溶剂,在180℃下液相沉积15h制备了黄铜矿相的CuIn(Se,S)2薄膜；研究发现薄膜样品与相同条件下制备的粉体样品相比,具有完全不同的微观形貌；实验表明CuInSe2、CuInS2. CuIn(SxSe1-x)2薄膜在可见光区具有优良的光吸收性能,相应的光学带隙分别为1.16eV、1.56eV、1.49eV。