铜铟硒太阳能电池缓冲层及窗口层的制备

【摘要】：进入21世纪首先最为关注的就是能源与环境的问题，全球能源的不断消耗和环境的日益污染，使得人们都极力寻找一种新型材料以减少对环境造成的污染，因此太阳能电池这一清洁能源受到了人们的高度关注，铜铟硒（CIS）太阳能电池具有不可替代的优点被广泛认可。ZnS由于稳定性好、无毒无害，蓝光响应速度快，与CdS相比有极大的优越性，被用于CIS电池的缓冲层；ZnO薄膜禁带宽度大、易于掺杂，在可见光范围透过率大用于CIS太阳能电池的窗口层。两种薄膜的制备方法有很多，其中电沉积法工艺简单，有较高的生产率，而且成本低廉，适合大面积沉积，引起高度重视。 本论文采用电沉积法制备ZnO和ZnS薄膜。首先对导电玻璃(FTO)基体进行前处理，然后配制电解液，ZnO选择硝酸锌与硝酸钠的混合液作为电解液，ZnS选择硫酸锌、硫代硫酸钠及柠檬酸钠的混合液作为电解液。在此基础上分别沉积两种薄膜，通过正交试验对ZnO薄膜的制备工艺条件进行了优化，通过单因素实验对ZnS薄膜的制备工艺条件进行了优化，最终得到了制备两种薄膜的最佳工艺条件。 在实验中，采用线性扫描伏安曲线测试探究ZnO薄膜的反应机理；采用X射线衍射（XRD）对ZnO和ZnS薄膜结构进行定性分析；采用冷热探针实验对ZnO及ZnS薄膜半导体类型进行分析；采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对ZnO及ZnS薄膜的表面形貌进行分析；采用能谱分析(EDS)及X射线光电子光谱(XPS)对薄膜的表面元素含量及成分进行了分析；采用紫外-可见分光光度计对两种薄膜的光学透过率进行测试。测试结果表明，Zn2+浓度越大，ZnO薄膜的沉积速率就越快；所制备的两种薄膜均为六方纤锌矿结构；均为n型半导体。制备的ZnO薄膜结构致密，分布均匀，孔隙率较小，杂质含量少；制备的ZnS薄膜结构致密，与基体结合良好；ZnO薄膜透过率在可见光范围内达到80%以上，ZnS达到40%以上，ZnS薄膜禁带宽度为3.68eV。 【关键词】：氧化锌 硫化锌 电沉积 透过率
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 铜铟硒太阳能电池缓冲层及窗口层的结构和特点10-12
• 1.2 ZnS 及 ZnO 薄膜工艺研究进展及发展前景12-15
• 1.2.1 ZnO 及 ZnS 薄膜的研究进展12-14
• 1.2.2 ZnO 及 ZnS 薄膜的发展前景14-15
• 1.3 本课题的研究目的及主要内容15-17
• 1.3.1 本课题的研究目的15
• 1.3.2 本课题的主要研究内容15-17
• 第2章 实验方法及测试手段17-28
• 2.1 实验设计17-21
• 2.1.1 实验所需原料及设备17-18
• 2.1.2 实验方案18-19
• 2.1.3 实验工艺流程19-21
• 2.2 实验原理21-25
• 2.2.1 电沉积 ZnO 机理21-23
• 2.2.2 电沉积 ZnS 机理23
• 2.2.3 薄膜禁带宽度的计算23-25
• 2.3 测试方法25-27
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）分析25
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）及能谱（EDS）分析25
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）分析25-26
• 2.3.4 X 射线光电子光谱（XPS）分析26
• 2.3.5 紫外-可见分光光度测试26
• 2.3.6 电学性能测试26
• 2.3.7 冷热探针实验26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 电沉积 ZnO 薄膜及其性能分析28-34
• 3.1 电沉积 ZnO 薄膜最优工艺的确定28-30
• 3.2 ZnO 薄膜性能测试分析30-33
• 3.2.1 X 射线衍射（XRD）分析30-31
• 3.2.2 薄膜半导体类型分析31
• 3.2.3 薄膜表面形貌分析31-33
• 3.2.4 紫外-可见分光光度测试分析33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 电沉积 ZnS 薄膜及其性能分析34-44
• 4.1 电沉积法制备 ZnS 薄膜的单因素实验34-40
• 4.1.1 单因素实验设计34-36
• 4.1.2 单因素实验结果分析36-40
• 4.2 电沉积法制备 ZnS 薄膜性能分析40-42
• 4.2.1 X 射线衍射（XRD）分析40
• 4.2.2 薄膜半导体类型分析40-41
• 4.2.3 薄膜表面形貌分析41
• 4.2.4 薄膜表面成分与结构分析41-42
• 4.2.5 紫外-可见分光光度分析42
• 4.3 本章小结42-44
• 结论44-46
• 参考文献46-49
• 附录49-55
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文55-56
• 致谢56

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