电沉积铜铟硒硫薄膜太阳能电池的制备和表征

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铜铟硒硫(CISS)薄膜太阳电池,是由铜、铟、硒、硫四种元素组成,这四种元素在地球含量相对丰富,无毒,并且薄膜的禁带宽度与太阳光相匹配,吸收系数较高,比较适合作为薄膜太阳电池的吸收材料。本文通过电沉积法制备CISS薄膜,以FTO导电玻璃作为基底,以硫酸铜、硫酸铟、硫代硫酸钠、二氧化硒分别作为Cu源、In源、S源、Se源,以柠檬酸钠作为络合剂,并通过单因素实验来研究各组分浓度、络合剂浓度、pH值、沉积电位、沉积时间、热处理温度、热处理时间对薄膜性能的影响,进而优化试验,以得到效率最佳的薄膜。实验的最佳条件为:Cu SO4的浓度为8 mmol/L,In2S3O12的浓度为10 mmol/L,Na2S3O7的浓度为5 mmol/L,Se O2的浓度为5 mmol/L,柠檬酸钠的浓度为40 mmol/L,pH值为1.7,沉积电位为1.6 V,沉积时间60 min,热处理温度为400℃,热处理时间为80 min。其效率最高为2.33×10-2%。本文使用电化学工作站,分别对铜、铟、硒、硫的酸性溶液进行了测试,进而对含有铜、铟、硒、硫和络合剂的溶液进行了循环伏安曲线的测试,得到氧化-还原峰,探讨了CISS的成膜机理。本文对CISS薄膜进行了紫外分光光谱、EDS、电化学工作站、SEM、AFM、XRD、XPS的测试分析。通过对薄膜进行紫外分光光谱的测试分析,可以得到其禁带宽度是1.49 e V;通过SEM和AFM的测试,说明薄膜经过热处理以后,表面更加致密、平整;通过XRD和XPS的测试分析,说明薄膜中含有铜、铟、硒、硫四种元素,并确定了四种元素的价态。本文对窗口层ZnS薄膜进行了紫外分光光谱的测试分析、SEM、EDS、AFM、XRD的测试分析,测试结果表明其禁带宽度为3.52 e V,经过热处理以后,薄膜的表面由疏松变得致密,结晶度变得更高,薄膜中有ZnS生成,也有其他的一些杂相产生。
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