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预制层中合金粉末粒度对WC/钢基表层复合材料复合效果的影响

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铸造 2008年第11期57卷 1166-1169页

作者：高凡李祖来蒋业华刘旋羊浩昆明理工大学机电工程学院云南昆明650093

在以高铬钢为基材,WC颗粒为增强颗粒,使用不同合金粉末粒度的预制层的条件下,利用真空实型铸渗法制备了WC/钢基表层复合材料,重点研究了预制层中的合金粉末粒度对表层复合材料铸渗过程及复合效果的影响。采用XRD、SEM对表层复合材料的... 详细信息

在以高铬钢为基材,WC颗粒为增强颗粒,使用不同合金粉末粒度的预制层的条件下,利用真空实型铸渗法制备了WC/钢基表层复合材料,重点研究了预制层中的合金粉末粒度对表层复合材料铸渗过程及复合效果的影响。采用XRD、SEM对表层复合材料的组织进行了研究。结果表明：随着高碳铬铁粉末粒度的减小,WC颗粒在基体中的熔解程度增大,铸渗层的厚度增加,过渡层变化平缓,表面质量也日趋完好,当粉末粒度为200~320目时,所制备出的表层复合材料铸渗层完整,无裂纹,铸渗层的厚度为3mm。经分析可知,金属液带来的热量与浇铸后高温状态保持的时间长短对复合效果起到了关键性的作用。

关键词：预制层钢基表层复合材料高碳铬铁粉粒度

预制层中合金粉末粒度对WC/钢基表层复合材料的表面质量和组织的影响

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特种铸造及有色合金 2008年第S1期28卷 341-343页

作者：高凡李祖来蒋业华刘旋羊浩昆明理工大学机电工程学院

以高铬钢为基材、WC颗粒为增强颗粒,通过在预制层中加入不同粒度的高碳铬铁粉末对铸渗效果尤其是铸渗层的界面进行控制,重点研究预制层中的合金粉末粒度对表层复合材料表面质量和组织的影响。结果表明,随着高碳铬铁粉末粒度的减小,铸渗... 详细信息

以高铬钢为基材、WC颗粒为增强颗粒,通过在预制层中加入不同粒度的高碳铬铁粉末对铸渗效果尤其是铸渗层的界面进行控制,重点研究预制层中的合金粉末粒度对表层复合材料表面质量和组织的影响。结果表明,随着高碳铬铁粉末粒度的减小,铸渗层的厚度呈递增趋势,表面质量也日趋完好,当粉末粒度为200~320目时,所制备出的表层复合材料铸渗层完整,无裂纹,铸渗层的厚度为3mm。表层复合材料的组织研究结果表明,随着高碳铬铁粉末粒度的减小,过渡层变化逐渐变平缓,而WC颗粒在基体中的溶解程度呈加剧趋势。

关键词：预制层钢基表层复合材料高碳铬铁粉粒度

预制层中In/Cu原子比对CuInSe_2薄膜成分、结构和形貌的影响

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可再生能源 2013年第5期31卷 9-12,17页

作者：颜志强魏爱香招瑜刘军赵湘辉广东工业大学材料与能源学院广东广州510006

采用磁控溅射技术,共溅射CuIn合金靶和纯In靶,CuIn合金靶的溅射功率不变,通过改变纯In靶的溅射功率,制备了具有不同In/Cu原子比的CuIn预制层;然后以固态硒粉为硒源,采用三步升温硒化方式对CuIn预制层进行硒化。通过EDS、XRD和SEM分析方... 详细信息

采用磁控溅射技术,共溅射CuIn合金靶和纯In靶,CuIn合金靶的溅射功率不变,通过改变纯In靶的溅射功率,制备了具有不同In/Cu原子比的CuIn预制层;然后以固态硒粉为硒源,采用三步升温硒化方式对CuIn预制层进行硒化。通过EDS、XRD和SEM分析方法,研究了预制层中不同的In/Cu原子比对铜铟硒(CIS)薄膜的成分、结构和形貌的影响。结果表明:CIS薄膜主要由CuInSe2相构成,但存在少量的CuSe相,随着CuIn预制层中In/Cu原子比的逐渐增大,CuSe相所占比例减少,CIS薄膜中In/Cu和Se/(Cu+In)的比值也相应增大,CuInSe2大颗粒分布逐渐均匀,大颗粒之间的细小颗粒逐渐消失。

关键词： CuInSe2薄膜磁控溅射技术预制层表面形貌结构和成分

Ni对WC/钢基表面复合材料组织和界面的影响

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特种铸造及有色合金 2011年第6期31卷 565-567页

作者：隋育栋蒋业华李祖来周荣山泉昆明理工大学材料科学与工程学院

利用铸渗法制备了WC颗粒增强钢基表面复合材料,通过金相、扫描电镜等测试手段,重点研究了预制层中添加Ni粉对WC/钢基表面复合材料组织和界面的影响。结果表明,随着Ni添加量的增加,铸渗层中WC颗粒数目逐渐增多,复合层与基材的过渡趋于平... 详细信息

利用铸渗法制备了WC颗粒增强钢基表面复合材料,通过金相、扫描电镜等测试手段,重点研究了预制层中添加Ni粉对WC/钢基表面复合材料组织和界面的影响。结果表明,随着Ni添加量的增加,铸渗层中WC颗粒数目逐渐增多,复合层与基材的过渡趋于平缓,表面质量也趋于完好。同时,随着Ni添加量的增加,过渡层的变化逐渐趋向平缓,基体中马氏体、残余奥氏体及共晶碳化物的数量逐渐增加,并且复合层表层硬度呈现递增的趋势。

关键词：预制层钢基表面复合材料 Ni粉

WC溶解对WC_p/钢基表层复合材料组织和性能的影响

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材料热处理学报 2012年第S1期33卷 7-10页

作者：隋育栋蒋业华李祖来黄汝清昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 云南省先进成形制造工程技术研究中心云南昆明650093

利用V-EPC法制备了WC颗粒增强钢基表层复合材料。通过金相、扫描电镜、XRD、显微硬度及冲击磨料磨损性能测试等手段重点研究了在预制层中添加镍基自熔合金粉末(Ni6025WC)后,WC在基体中的溶解对复合材料组织和性能的影响。结果表明,WC在... 详细信息

利用V-EPC法制备了WC颗粒增强钢基表层复合材料。通过金相、扫描电镜、XRD、显微硬度及冲击磨料磨损性能测试等手段重点研究了在预制层中添加镍基自熔合金粉末(Ni6025WC)后,WC在基体中的溶解对复合材料组织和性能的影响。结果表明,WC在复合层中全部溶解使复合层基体中出现珠光体,残留奥氏体,马氏体以及M6C型碳化物,经分析知该M6C型碳化物为Fe3W3C。本试验得到的试样显微硬度与同类WC/钢基表层复合材料相比显著降低,冲击磨料磨损下的体积磨损率也较高。这些均表明WC在基体中过度溶解和Fe3W3C在基体中的含量较多时,复合材料的性能较差。

关键词：预制层钢基表层复合材料 Ni6025WC V-EPC

三元单靶磁控溅射后硒化法制备CIGS薄膜太阳能电池

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三元单靶磁控溅射后硒化法制备CIGS薄膜太阳能电池

作者：胡俊霞河南大学

学位级别：硕士

为了解决能源危机和环境问题,人们不断地寻求清洁能源,其中太阳能电池由于其独特的优势越来越成为人们关注的热点。在众多的太阳能电池中,薄膜太阳能电池由于具有重量轻、价格低、运输成本低,应用潜力大等优势,被认为是大幅度降低光伏... 详细信息

为了解决能源危机和环境问题,人们不断地寻求清洁能源,其中太阳能电池由于其独特的优势越来越成为人们关注的热点。在众多的太阳能电池中,薄膜太阳能电池由于具有重量轻、价格低、运输成本低,应用潜力大等优势,被认为是大幅度降低光伏发电成本的必由之路。其中铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池由于具备禁带宽度可调整范围大(1.02-1.67 eV)、光吸收率高、抗辐射能力强、光电转换效率高、电池性能稳定、制造成本低等优点,成为当前可实现产业化的新一代太阳能电池之一。德国太阳能和氢能研究中心(ZSW)使用共蒸发法制备了CIGS薄膜太阳电池,且一直是CIGS电池最高效率记录的保持者,并于2016年7月再次将实验室单片电池效率刷新到22.6%。但蒸发源成膜时需精确控制其成分、对设备要求极高、不易实现产业化。相对而言,采用磁控溅射法制备CIGS薄膜易于精确控制成膜质量和元素比例,且对设备要求不高、制造成本低,已经成为目前产业化的首选。基于研究现状可知,通常采用多靶多步溅射法制备Cu-In-Ga的叠层预制层,然后经后硒化处理制备CIGS薄膜,但该技术路线容易产生CuGa,CuIn合金相和In单质相。为了使溅射过程中元素分布更均匀,三元单靶一步溅射法于2009年首次被提出,***等人使用铜铟镓靶一步溅射法制备金属预制层,过程简单、对设备要求低,但其光电转换效率仅有6.2%。而后采用铜镓合金和铟单质靶分层溅射制备了三明治结构的金属预制层,将电池最高光电转换效率提高到9.5%,过程较为复杂且使用HSe作为硒源,巨毒易挥发且需高压存储,增加了生产成本。在本研究工作中,我们采用三元单靶一步溅射金属预制层,而后采用硒粉代替HSe作为硒源进行高温快速退火处理,制得高质量的CIGS吸收层薄膜,并组配了具有较高光电转换效率的电池器件。本论文具体内容如下:1、研究了溅射功率对Cu-In-Ga金属预制层和硒化后薄膜元素成分及性能的影响。通过对各项溅射工艺参数的调节,发现不同的溅射功率对预制层薄膜的元素成分、沉积速率、晶粒尺寸有较大影响,且影响吸收层结晶性(晶化率、晶粒尺寸),光电学性能和金属原子化学计量比。在适当的溅射功率下制备的CIGS吸收层呈贫铜性,功率过低呈现富铜,过高则严重贫铜。最终构筑结构为(Mo/CIGS/CdS/ZnO/ITO)的CIGS薄膜太阳能电池,最高光电转换效率达到10.3%。但是CIGS吸收层与基底的界面处存在明显小颗粒层,增加了界面缺陷,成为电子和空穴的复合中心,从而影响电池的器件性能。2、为了改善硒化条件实现对该界面的优化,我们通过改变硒化方式,使用分层硒化制备吸收层,从而实现其彻底硒化的目的,研究结果表明:吸收层出现了明显地分层,反而不利于整体结晶块的形成。研究了硒化温度对CIGS吸收层晶化率的影响,结果表明适当的硒化温度有利于其成相过程中小颗粒层的减少,使得CIGS薄膜太阳能电池器件的V提高了11%,光电转换效率提高了16.7%,光电转换效率最高可达12%。3、我们通过调节溅射氩气流量改变预制层薄膜的微观结构,使得高温环境下具备高活性的硒原子能有效扩散。发现具有牙齿状结构且存在微小缝隙的预制层薄膜,更有利于提高其在硒化过程中的结晶率,且最终影响CIGS吸收层薄膜的结晶性。使吸收层与背电极界面处小颗粒层几乎完全消失,进一步减少了界面缺陷、实现了界面优化,最终使CIGS薄膜太阳能电池的光电转换效率提高到12.3%。

关键词：磁控溅射预制层 CIGS 硒化小颗粒层

Sb2Se3薄膜及其太阳电池的两步法制备与性能研究

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Sb2Se3薄膜及其太阳电池的两步法制备与性能研究

作者：李树兵南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来,薄膜太阳电池因其优异的光电性能、低廉的制备成本和适用于柔性衬底等优点而得到了快速发展。硒化锑(SbSe)具有原料成本低、物相简单稳定、禁带宽度合适、光吸收系数大、晶界本征良性等优点,使其在薄膜太阳电池方面有良好的应用... 详细信息

近年来,薄膜太阳电池因其优异的光电性能、低廉的制备成本和适用于柔性衬底等优点而得到了快速发展。硒化锑(SbSe)具有原料成本低、物相简单稳定、禁带宽度合适、光吸收系数大、晶界本征良性等优点,使其在薄膜太阳电池方面有良好的应用前景。通常情况,SbSe薄膜采用真空一步法制备,但一步法容易产生硒空位(V)从而损害薄膜性能。因此,本文创新性地采用电子束沉积Sb金属预制层再硒化退火的两步法制备SbSe薄膜及其太阳电池,不仅有效降低了V浓度,同时也获得了性能良好的SbSe薄膜及其太阳电池。首先,系统地研究了预制层沉积温度和沉积厚度对SbSe薄膜及其太阳电池的影响。研究发现,Sb晶面取向对SbSe晶面取向有直接影响,当预制层沉积温度为150?C时,SbSe太阳电池的开路电压和短路电流最大,光电转换效率最大达到了0.49%,这是因为此沉积温度下的SbSe薄膜具有最佳的(hk1)晶面取向,同时薄膜晶粒尺寸最大,粗糙度最低。此外,不同沉积厚度的预制层的物相结构一致,但300 nm预制层制备的SbSe薄膜太阳电池电学性能较差;与之相比的是200 nm的太阳电池,因其具有良好的晶面取向、光学性能和表面形貌,光电转换效率达到了0.7%,较前者电池效率相对提升了27%。在此基础上,又系统地研究了硒化时间和硒化温度对于SbSe薄膜及其太阳电池的影响。研究发现,20 min的硒化时间制备的SbSe薄膜及其太阳能电池具有最佳综合性能,这得益于此时制备的SbSe薄膜的(hk1)晶面强度比例最大。随后发现,硒化温度对SbSe薄膜综合性能更加重要,能显著影响SbSe薄膜的结晶质量、晶面取向和表面形貌,最终当硒化温度为360?C时,SbSe薄膜的综合性能最佳,晶粒尺寸、薄膜粗糙度、禁带宽度和载流子浓度分别为450 nm、42 nm、1.24 e V和4.99×10 cm,相应的电池转换效率最高为1.15%。最后,在前两章最佳SbSe制备工艺基础上,研究了Cu与Ge掺杂对于SbSe薄膜及其太阳能电池的影响。研究发现,Cu掺杂几乎不影响SbSe薄膜光学性能,但会使薄膜表面粗糙度增大,而且Cu掺杂后会使SbSe难以充分硒化,薄膜表面呈疏水性,后续无法利用化学水浴法沉积Cd S缓冲层;而Ge掺入SbSe薄膜后,+2价的Ge会占据SbSe晶格中+3价的Sb位置,从而在禁带中形成了浅受主能级,使价带中的电子更容易发生跃迁,这种p型掺杂进一步提高了p型SbSe薄膜的载流子浓度,最终相应的太阳电池转换效率由1.15%提高到1.23%。

关键词： Sb2Se3薄膜太阳电池电子束蒸发预制层硒化退火掺杂

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SnSe薄膜的制备与光电性能研究

SnSe薄膜的制备与光电性能研究

作者：崔树松南京航空航天大学

学位级别：硕士

SnSe是一种IV-VI主族化合物半导体,常呈P型。其块材具有层状结构,具有较高光吸收系数。SnSe组成元素储量丰富且无毒,是典型的环境友好型材料,且其带隙可以根据层数进行调控,因此将SnSe制成薄膜在光伏、光电器件等方向具有巨大的潜在应... 详细信息

SnSe是一种IV-VI主族化合物半导体,常呈P型。其块材具有层状结构,具有较高光吸收系数。SnSe组成元素储量丰富且无毒,是典型的环境友好型材料,且其带隙可以根据层数进行调控,因此将SnSe制成薄膜在光伏、光电器件等方向具有巨大的潜在应用价值。本文采用电子束蒸镀金属预制层并随后对预制层进行硒化退火的两步法工艺制备了SnSe薄膜。按照制备薄膜的工艺流程顺序,分别对预制层制备工艺和硒化退火工艺中涉及的重要影响因素进行了系统研究,并利用制备的SnSe薄膜制作了简易光电探测器研究了其光电性能。首先是预制层制备工艺中的衬底类别,衬底温度和预制层厚度等对SnSe薄膜的影响。在单晶硅片和非晶玻璃这两种衬底上硒化后的薄膜均为多晶态且没有表现出明显的择优取向差异,玻璃衬底上制备的硒化物薄膜结晶性更好;衬底温度通过影响预制层薄膜的晶粒大小进而对SnSe薄膜产生影响,当衬底温度为80℃时,预制层薄膜的平均粒径最小,预制层薄膜容易被充分且均匀硒化,此时制备的SnSe薄膜禁带宽度为1.20 e V;当固定Se粉用量为1 mg时,面积为20 mm×20 mm、厚度为550 nm的预制层能被硒化为SnSe,但此时仍易出现硒化不均匀的现象。其次研究了硒化工艺中的Se粉用量,硒源、衬底及石英管塞之间的距离,硒化温度及退火时间等参数对SnSe薄膜的影响。当预制层厚度为550 nm时,Se粉用量多于1 mg则易使预制层薄膜硒化为SnSe,少于1 mg会使预制层硒化不充分,用1 mg Se粉对550 nm厚的Sn预制层进行硒化可以制备SnSe薄膜,但是衬底与硒源仍然存在硒化不均匀的现象;硒源、衬底及石英管塞之间的距离会影响SnSe薄膜的均匀性,当硒源与衬底和石英管塞之间地距离分别为20 cm和27 cm时,可以使Sn预制层均匀硒化为SnSe;硒化温度低于400℃不能使预制层充分硒化,高于500℃时容易出现脱膜现象,在450℃时硒化退火30 min可以制备出含有少量SnSe杂相的SnSe薄膜,当延长退火时间至60 min时可以制备出纯相的SnSe薄膜,所制纯相SnSe薄膜的禁带宽度为0.93 e V。最后,本文利用波长为980 nm的激光器配合Keithley 2400数字源表测试系统对SnSe薄膜进行了光电性能探究,通过曲线拟合方式得出所制SnSe薄膜的响应时间和恢复时间分别为62 ms和80 ms。Cu掺杂后的SnSe薄膜致密度和光电流均有所上升,且当预制层加入Cu层厚度为13 nm时,SnSe薄膜的光电流增加幅度最大,载流子浓度提高了约3个数量级,开关比提高,但响应时间和恢复时间分别延长至177 ms和368 ms。

关键词： SnSe 薄膜预制层硒化工艺光电性能 Cu掺杂