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超声喷雾热解法太阳能电池用CuIns2及in2s3薄膜材料的制备与性能研究

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超声喷雾热解法太阳能电池用CuInS2及In2S3薄膜材料的制备与性能...

作者：张啸桂林电子科技大学

学位级别：硕士

能源是人类社会生存与发展的基础之一。传统能源的使用对环境造成了很大的破坏，在这一背景下，太阳能电池逐渐成为研究开发的热点。黄铜矿结构的CuIns因具有高光吸收系数和高理论转换效率等优点被认为是极具潜力的一种薄膜太阳能电池... 详细信息

能源是人类社会生存与发展的基础之一。传统能源的使用对环境造成了很大的破坏，在这一背景下，太阳能电池逐渐成为研究开发的热点。黄铜矿结构的CuIns因具有高光吸收系数和高理论转换效率等优点被认为是极具潜力的一种薄膜太阳能电池的吸收层材料。Ins无毒性，性能稳定，对可见光吸收较小,可替代Cds作为太阳能电池缓冲层材料。本文采用非真空、低成本的超声喷雾热解法，以CuCl,InCl和sC(NH))为起始原料，制备了太阳能电池CuIns吸收层薄膜和Ins缓冲层薄膜，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、四探针以及紫外-可见光分光光度计等分析测试手段，研究了衬底温度、原子比、喷口到衬底的距离、沉积时间、退火温度等对CuIns和Ins薄膜晶体结构、形貌、透光率、禁带宽度Eg、导电性能等的影响，在此基础上制备了p-CuIns/n-Ins异质结并研究其结构和电学性能。研究结果表明，适当的生长条件有利于制备性能优良的CuIns薄膜，当喷口到衬底的距离为10cm，沉积时间为10min，溶液中的Cu/In原子比为1.25，衬底温度为320℃时，制备的薄膜平整均匀、致密性好，且有沿(112)面择优生长的趋势。薄膜的方块电阻为125Ω/sq。此时制备的薄膜在可见光区的吸收率达到90%以上，禁带宽度达到1.45eV。退火温度对薄膜的性能影响明显，样品在500℃退火后，结晶性提高，晶粒生长有明显改善，而且在可见光区的吸收度有所增强。制备的Ins薄膜沿(220)晶面择优生长且无杂相出现，在衬底温度为300℃、s/In=2的条件下制备的薄膜比较均匀致密，薄膜对可见光波段有较好的光透性能，平均透光率在80%左右，禁带宽度达到2.46eV。随着退火温度从400℃升高到600℃，薄膜在可见光区的透光率逐渐下降到50%，禁带宽度下降到2.37eV。制备的p-CuIns/n-Ins异质结呈现出一定的整流特性，正向开启电压约为0.5V;当偏置电压从-3变化到+3V时，最大正向电流分别为24.8μA、21.2μA;该异质结在反向电压为-1V时出现明显漏电流;CuIns与Ins界面处的界面有缺陷和晶格失配是较低电压下出现明显漏电流的主要原因。

关键词：超声喷雾热解 CuIns2薄膜 in2s3薄膜光电性能 p-CuIns2/n-in2s3异质结

添加剂对化学水浴法制备in2s3薄膜表面形貌的影响

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添加剂对化学水浴法制备In2S3薄膜表面形貌的影响

化学水浴沉积时间对in2s3薄膜性能的影响

第十届中国太阳能光伏会议

作者：盛夏汪雷崔方明姜婷婷杨德仁浙江大学材料科学与工程硅材料国家重点实验室

Ins薄膜是一种重要的光电和光伏材料,获得低成本致密的Ins薄膜成为其研究的趋势。本文采用化学水浴法,并添加不同种的添加剂制备了Ins薄膜。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(sEM)研究了薄膜的结构和表面形貌,并比较了不同添加剂对其... 详细信息

Ins薄膜是一种重要的光电和光伏材料,获得低成本致密的Ins薄膜成为其研究的趋势。本文采用化学水浴法,并添加不同种的添加剂制备了Ins薄膜。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(sEM)研究了薄膜的结构和表面形貌,并比较了不同添加剂对其表面形貌致密化的影响。

关键词： in2s3薄膜化学水浴法表面形貌

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化学水浴沉积时间对In2S3薄膜性能的影响

溅射制备铜锌锡硫薄膜及其CZTs/in2s3异质结的初步研究

第七届中国功能材料及其应用学术会议

作者：黄六一栾兆菊王峰孟亮浙江大学材料科学与工程系

采用化学水浴沉积(CBD)法在氯化铟和硫代乙酰胺混合溶液体系中制备了Ins薄膜,通过XRD、sEM和光学透过率谱等测试手段研究了沉积时间对薄膜沉积过程和性能的影响。结果表明,CBD法制备的Ins薄膜呈四方β相;随着沉积时间的增加,薄膜增厚,... 详细信息

采用化学水浴沉积(CBD)法在氯化铟和硫代乙酰胺混合溶液体系中制备了Ins薄膜,通过XRD、sEM和光学透过率谱等测试手段研究了沉积时间对薄膜沉积过程和性能的影响。结果表明,CBD法制备的Ins薄膜呈四方β相;随着沉积时间的增加,薄膜增厚,组成结构由不连续的团簇转变为连续板状物,且表面均匀致密。不同沉积条件下得到的Ins薄膜在可见光区的平均透射率超过70%,光学禁带宽度在2.44～2.82eV之间,适合作为太阳能电池的过渡层。

关键词：化学沉积 in2s3薄膜组织结构光学性能

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溅射制备铜锌锡硫薄膜及其CZTS/In2S3异质结的初步研究

作者：赵鹏毅福州大学

学位级别：硕士

铜锌锡硫(Cu2Znsns4,CZTs)是四元12-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4族化合物半导体,其原料储量丰富成本低;吸收系数大于1×104cm-1;禁带宽度为1.50 eV;理论光电转换效率为32.2%。因此,CZTs薄膜材料已成为替代CuInGase2太阳能电池吸收层的最佳候选材料之一。... 详细信息

铜锌锡硫(Cu2Znsns4,CZTs)是四元12-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4族化合物半导体,其原料储量丰富成本低;吸收系数大于1×104cm-1;禁带宽度为1.50 eV;理论光电转换效率为32.2%。因此,CZTs薄膜材料已成为替代CuInGase2太阳能电池吸收层的最佳候选材料之一。在制备CZTs薄膜的过程中,一般会存在均匀性较差和次级相等问题,本论文尝试使用溅射合金靶制备金属预制层来控制上述问题。本文采用磁控溅射Cu2Znsn合金靶制备金属前驱体,然后硫化金属前躯体的方法,成功地在玻璃衬底上获得了CZTs薄膜。我们研究了制备工艺对CZTs薄膜物相结构、组分、形貌及光电性能的影响;并对CZTs/In2 s3异质结进行了初步研究。主要研究结果如下：1、研究了溅射功率和溅射气压对CZTs薄膜光电性能的影响。预先制备了CZT前驱体,并将前驱体放在N2(95 sccm)+H2s(5 sccl n)的气氛中500℃下硫化2小时获得CZTs薄膜。研究表明,随着溅射功率的增大,迁移率呈逐渐增大的趋势,电阻率呈先减小后增大的趋势;随着溅射气压的增大,载流子浓度呈先减小后增大的趋势,迁移率和电阻率呈先增大后减小的趋势。溅射功率为90 W、溅射气压为2.0 Pa时,制备的CZT前驱体硫化后得到的CZTs薄膜具有较好的性能,薄膜的杂相较少。2、研究了硫化氢浓度对CZTs薄膜性能的影响。结果表明,随着硫化氢浓度的增大,载流子浓度先减小后增大,迁移率和电阻率都呈现先增大后减小的趋势。硫化氢浓度为5%时,CZTs薄膜的性能最佳,光学禁带为1.50 eV,载流子浓度为2.07×1018 cm-3,电阻率为2.37Ω·cm,迁移率为1.38cm2·v-1·s-1,适合作为CZTs薄膜太阳能电池的吸收层。3、研究了四种金属(Ag、In、Cu和A1)与in2s3薄膜的接触特性。结果表明,四种金属与in2s3薄膜都能形成良好的欧姆接触,其中Ag与in2s3薄膜形成的串联电阻最小。研究了Al电极与CZTs薄膜的接触特性。I-V特性曲线表明Al电极与CZTs薄膜形成了较好的欧姆接触。4、制备出了CZTs/in2s3异质结,并研究了CZTs/in2s3异质结的能带结构和光电性能。CZTs/in2s3异质结的导带阶AEc为0.82 eV,该值大于ΔEc允许的范围(0eVs/in2s3异质结具有较好整流特性.

关键词：磁控溅射硫化 CZTs薄膜 in2s3薄膜异质结

化学水浴法制备In_2s_3薄膜的组织和性能研究

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真空科学与技术学报 2013年第5期33卷 402-407页

作者：王卫兵刘平李伟马凤仓刘新宽陈小红何代华上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学材料科学与工程学院上海200093

采用化学水浴(CBD)法在InCl3.4H2O和CH3CsNH2的酸性混合溶液体系中分别通过改变pH值、溶液nIn:ns浓度比及溶液温度参数依次制备in2s3薄膜,并通过X射线衍射、扫描电镜及紫外/可见/近红外分光光度计等手段系统研究不同工艺下制备in2s3薄... 详细信息

采用化学水浴(CBD)法在InCl3.4H2O和CH3CsNH2的酸性混合溶液体系中分别通过改变pH值、溶液nIn:ns浓度比及溶液温度参数依次制备in2s3薄膜,并通过X射线衍射、扫描电镜及紫外/可见/近红外分光光度计等手段系统研究不同工艺下制备in2s3薄膜的晶相结构、表面形貌及光学性能。研究发现:溶液pH值对制备in2s3薄膜有很大的影响,在pH为1.8制备的in2s3薄膜性能较好;溶液nIn:ns浓度比影响薄膜的致密性,在1:4时相对较好;CBD法制备薄膜最佳溶液温度为80℃。在优化工艺参数下制备的in2s3薄膜可见光透过率在90%以上,禁带宽度为2.72eV,能够满足CIGs太阳能电池缓冲层薄膜的要求。

关键词：化学水浴法 in2s3薄膜 pH值浓度比溶液温度

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Ag掺杂In_2s_3薄膜的拉曼光谱研究

功能材料 2013年第18期44卷 2724-2726页

作者：林斯乐马靖程树英福州大学物理与信息工程学院福建福州350018

利用拉曼光谱结合XRD与sEM测试对未掺杂与Ag掺杂的in2s3薄膜进行了分析研究。XRD测试结果确定了in2s3的物相,并表明掺杂后晶粒尺寸发生一定的变化;拉曼光谱研究表明,掺杂后232、272及300cm-1 3条拉曼谱线发生红移,这是由于掺杂后晶格膨... 详细信息

利用拉曼光谱结合XRD与sEM测试对未掺杂与Ag掺杂的in2s3薄膜进行了分析研究。XRD测试结果确定了in2s3的物相,并表明掺杂后晶粒尺寸发生一定的变化;拉曼光谱研究表明,掺杂后232、272及300cm-1 3条拉曼谱线发生红移,这是由于掺杂后晶格膨胀引起的。结合部分拉曼谱线半高宽的展宽证实了掺杂后薄膜中存在间隙Ag原子;sEM的测试结果进一步证实Ag掺杂后in2s3晶格存在膨胀,并说明了in2s3薄膜的生长方式。

关键词： in2s3薄膜掺杂拉曼光谱

衬底温度对In_2s_3薄膜结构及其性能的影响

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人工晶体学报 2011年第2期40卷 415-418,434页

作者：张啸王华许积文杨玲任明放桂林电子科技大学材料科学与工程学院桂林541004

采用超声喷雾热解法,在玻璃基底上一步合成了in2s3薄膜。研究了衬底温度对in2s3薄膜的结构、表面形貌、电学和光学性能影响。结果表明:所制备的in2s3薄膜均具有沿(220)面择优取向生长特性且无其他杂相,衬底温度对薄膜的均匀性、致密度... 详细信息

采用超声喷雾热解法,在玻璃基底上一步合成了in2s3薄膜。研究了衬底温度对in2s3薄膜的结构、表面形貌、电学和光学性能影响。结果表明:所制备的in2s3薄膜均具有沿(220)面择优取向生长特性且无其他杂相,衬底温度对薄膜的均匀性、致密度、结晶程度均有明显影响,并因此影响薄膜的光电性能。薄膜的导电性随着衬底温度的升高迅速增强,但是在衬底温度为350℃时有所降低。衬底温度为300℃所制备的薄膜在可见光区透光率最高达到90%以上,禁带宽度达到2.43 eV。

关键词：超声喷雾热解 in2s3薄膜衬底温度禁带宽度

硫化铟薄膜的制备及其在硫硒化锑太阳电池中的应用

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硫化铟薄膜的制备及其在硫硒化锑太阳电池中的应用

作者：崔茜合肥工业大学

学位级别：硕士

Ins作为一种无毒且环境友好的n型半导体材料,具有较高的电子迁移率(约17.6 cm·V·s)、较宽的带隙（2.4 eV）、较好的热稳定性和化学稳定性,可作为新型薄膜太阳电池的电子传输层。本文主要围绕热解法和化学浴法制备Ins薄膜作为电子传输... 详细信息

Ins作为一种无毒且环境友好的n型半导体材料,具有较高的电子迁移率(约17.6 cm·V·s)、较宽的带隙（2.4 eV）、较好的热稳定性和化学稳定性,可作为新型薄膜太阳电池的电子传输层。本文主要围绕热解法和化学浴法制备Ins薄膜作为电子传输层,并组装相应的sbsse太阳电池,系统研究了 Ins薄膜的热解法和化学浴法制备对所得Ins薄膜的组成、结晶度、微结构、光学吸收以及相应太阳电池光伏性能的影响。主要研究内容与结果如下:（1）使用铟-丁基二硫代氨基甲酸（In-BDCA）配合物的DMF溶液作为In源和s源,通过热解法制备了 Ins薄膜,系统研究了 In-BDCA配合物溶液的浓度对所得Ins薄膜的微结构、光学吸收、结晶度以及相应太阳电池光伏性能的影响。结果表明,当In-BDCA配合物溶液与DMF的稀释体积比为2:1时,成功获得了致密全覆盖且厚度仅为25 nm的Ins薄膜,所组装的sbs太阳电池获得了 2.87%的光电转换效率;同时研究了热解法制备sbs薄膜,其制备温度对Ins薄膜基底上制备sbs薄膜的结晶度、光学吸收、微结构以及相应太阳电池光伏性能的影响,当sbs薄膜的制备温度从200℃提高至300℃时,相应sbs太阳电池的光电转换效率从2.87%提高至4.03%。（2）使用sbO作为sb源、Cs与n-CHNH反应生成的BDCA作为s源、se粉作为se源,配制了前驱体溶液,通过热解法在Ins薄膜上制备了 sbsse薄膜,并组装了 sbsse太阳电池。系统研究了制备温度对所得sbsse薄膜的结晶度、光学吸收、微结构以及相应太阳电池光伏性能的影响。结果表明,当sbsse薄膜制备温度为330℃时,所得sbsse薄膜的结晶度高,相应sbsse太阳电池获得了 4.59%的光电转换效率。（3）使用氯化铟作为In源、硫代乙酰胺作为s源、柠檬酸作为配位剂,通过化学浴法在透明导电玻璃FTO基底上制备Ins薄膜,系统研究了化学浴法的生长时间对所得Ins薄膜的微结构、结晶度、光学吸收以及相应sbs太阳电池光伏性能的影响。结果表明,化学浴法制备Ins薄膜的最优生长时间为80min,所得Ins薄膜是均匀有序的Ins纳米片阵列,相应太阳电池获得了 2.43%的光电转换效率。当sb-BDCA配合物溶液中溶剂由DMF换成乙醇时,相应sbs太阳电池的光电转换效率由2.43%提高至2.93%。

关键词： in2s3薄膜热解法 in2s3纳米片阵列化学浴法 sb2s3-ysey太阳电池

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sns/in2s3异质结基础研究

SnS/In2S3异质结基础研究

作者：李弘楠福州大学

学位级别：硕士

硫化亚锡(sns)是正交晶系的化合物,其导电类型一般为P型;禁带宽度介于1.1-1.5 eV之间;吸收系数大于1 ×104 cm;理论光电转化效率可达25%,其构成元素储量丰富、无毒。因此,sns薄膜作为太阳电池吸收层材料具有广阔的应用前景。本文采用热... 详细信息

硫化亚锡(sns)是正交晶系的化合物,其导电类型一般为P型;禁带宽度介于1.1-1.5 eV之间;吸收系数大于1 ×104 cm;理论光电转化效率可达25%,其构成元素储量丰富、无毒。因此,sns薄膜作为太阳电池吸收层材料具有广阔的应用前景。本文采用热蒸发法制备金属电极、sns和硫化铟(Ins)薄膜。探究热退火处理对sns和Ins薄膜的物相、结构、形貌及光电性能的影响;制备出具有良好整流特性的sns/Ins异质结;研究sns/Ins异质结的能带结构和退火条件对其整流特性的影响。主要研究结果如下:1、研究了 sns和Ins薄膜的制备工艺。退火对sns薄膜的电学特性和物相的影响很显著。在250-300℃范围内,sns薄膜存在sns2杂相,其载流子浓度随退火温度的升高和退火时间的延长而增大,电阻率呈减小的趋势。而在350℃退火条件下的sns薄膜,其载流子浓度却随退火时间的延长而减小,并且主要为sn2s3相。在300℃,1.5h的退火条件下制备的sns薄膜性能最佳,其光学禁带为1.48eV,载流子浓度为8.93×1015cm,电阻率为638Ω·cm,迁移率为1.10cm2·v-1·s-1。在300℃,1 h的退火条件下制备的Ins薄膜性能最佳,其光学禁带为2.16eV,载流子浓度为6.53×1017cm,电阻率为9.56Ω·cm,迁移率为 3.52Cm2·v·s-1。2、研究了在不同退火条件下Ag、Cu、ITO与Ins薄膜,以及Ag、ITO、Ag/In与sns薄膜的接触特性。结果表明,ITO/Ins和Ag/In/sns欧姆接触特性良好。采用ITO/Ins/sns/In/Ag结构,用于后面的异质结器件制备与研究。3、制备出具有整流特性的sns/Ins异质结,并研究了该异质结的能带结构和光电性能。探讨了 Ins缓冲层厚度和热退火条件对sns/Ins异质结整流特性的影响。sns/Ins异质结的导带阶△Ec为-0.2eV,该值略低于△Ec的理想范围(0eVs模拟仿真软件,结合实际制备的器件结构和参数对sns/Ins异质结电池进行模拟仿真,计算得到的电池转换效率约为4.8%。通过wxAMPs的仿真计算,得到以下结果:sns吸收层厚度为2 μm;Ins缓冲层的膜厚应当尽可能减小;sns的最佳载流子浓度为1019cm;Ins的最佳载流子浓度为1014-1015cm;器件的最佳工作温度为室温(300K)。

关键词：热蒸发热退火 sns薄膜 in2s3薄膜异质结