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CuInS2薄膜太阳能电池的制备和表征

作　者: 李琦
导　师: 李丽波
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 应用化学
关键词: CuInS2 In2S3 太阳能电池 电沉积 模拟
分类号: TM914.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


太阳能作为清洁型新能源的主题，被赞誉为人类之父，具有非常广阔的开发前景。在所有的光伏器件中，CuInS2是直接带隙半导体材料，吸光系数较大，适合作薄膜太阳能电池的光吸收层。本文采用恒电位沉积法沉积CuInS2薄膜，因为电沉积法的成本低，可在室温下大面积沉积。采用一步电沉积法在FTO玻璃基体上沉积p-CuInS2薄膜；电解液为含有硫酸铜、硫酸铟、硫代硫酸钠和柠檬酸钠的硫酸盐水溶液体系，将FTO玻璃作为阴极，并利用9因素4水平的正交实验对电沉积CuInS2薄膜工艺进行了优化，获得了最优的电沉积CuInS2薄膜工艺。本文采用化学水浴法制备n-In2S3薄膜。In2S3属于III-VI族化合物，适合作为太阳能电池的n型缓冲层材料归因于其具有极好的材料性质如禁带宽度为2.0-2.45eV，自身不具有毒性且不含有毒元素；并且In2S3本身的组成元素与CuInS2薄膜相同，从而有利的降低了CuInS2与In2S3二者之间的界面态，这样不仅降低界面态及光生载流子的复合度，且有利于提高界面处的晶格匹配程度。同时，制作了太阳能电池组件，并对其进行测试，获得Voc、Isc等参数信息。在以上实验基础上，分别对CuInS2薄膜和In2S3薄膜进行表征分析，主要包括：采用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行表面形貌分析；采用X射线衍射（XRD）和X射线光电子光谱（XPS）对薄膜的结构及成分进行分析；采用线性扫描和吸收光谱测试对薄膜光电性能进行分析；采用冷热探针实验对薄膜半导体类型进行分析。另外，基于第一性原理的密度泛函理论，采用Materials Studio5.5软件中的Reflex模块确定实验中的黄铜矿相模型，并用CASTEP和DMol3模块，在几何优化后选择GGA计算交换-关联能，模拟计算了CuInS2的能带结构和态密度，获得其禁带宽度为1.40eV，与实验所获得的结果接近。

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池 > 薄膜太阳能电池
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