低温液相法制备三元硫属半导体薄膜的研究

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1、中文摘要以纳米多孔Ti02作光电极，cuhs2或CulnSe2等无机纳米粒子作吸收层的ETA太阳能电池由于成本低廉，是光伏新技术发展的重要方向。采用化学浴、SILAR、电沉积法等低温液相法制备上述硫化物具有低成本、绿色无污染、工艺温和的优点。本文以硫属半导体薄膜在ETA电池的应用为背景，综述了太阳能电池的发展和种类、硫属化合物的性能及应用和三元硫属半导体薄膜的制备工艺。课题研究了化学浴，SILAR，电沉积法制备CuIIIS2、CuInSe2薄膜，通过XRD、SEM、XPS、霍尔测量系统等的测试分析，研究

2、了上述制备方法和工艺过程对薄膜结构与性能的影响，对不同方法下的成膜反应进行了解释。本文采用化学浴法，以CuCl2和mcl3为反应物，三乙醇胺为络合剂，硫脲(CS(NH2)2)为硫源，沉积时间为8～12h，经500℃热处理1h可制备致密均匀、组成接近化学计量的单相黄铜矿CuInS2薄膜，薄膜吸收系数大于104crll～，禁带宽度E窖为1．42eV。沉积时间低于12h时，薄膜生长速度稳定，约为15nm／h，而大于12h后薄膜生长变慢，粗糙度增大。连续离子吸附反应法(SILAR)采用独立的水溶性离子前驱体，按

3、照非均相生长机理沉积成膜，原料浪费少、制备条件温和，污染小，但尚未有SILAR法制备三元化合物的报导。本文首次采用SILAR法，分别以混合CuCl2、InCl3前驱体为Cu、h源，Na2S、Na2ScS03为硫源和硒源制各出黄铜矿结构、沿(112)面择优取向的CuInS2和CuInSe2薄膜，考察了多孔Ti02基底上SILAR法CuInS2的沉积情况。实验结果表明：制各接近化学计量CulnS2、CulnSc2薄膜时溶液中[Cu]／[In]比分别为1．25和1．5，适当提高热处理温度矛哥延长热处理时间均有

4、利于改善薄膜的结晶程度和表面均匀性，制备CuInS2、CuInSc2较适宜的热处理温度分别是450℃和400℃，随热处理温度升高，薄膜电阻率下降，光吸收系数、载流子浓度、迁移率增加，CuInS2禁带宽度从1．34eV增至1．48eV，C'uInSc2禁带宽度Eg的值从0．94eV升高到0．98eV。由于纳米多孔材料的表面效应，在多孔Ti02基底上制备的CuInS2薄膜结合更加紧密，吸收系数明显增大、结晶度提高，禁带宽度Eg在1．37～1．44eV之间，说明Ti02基底上沉积CulnS2后，对可见光具有很

5、好的吸收特性。电化学沉积法在太阳能电池薄膜制备领域一直得到广泛关注。本文采用一步恒电位法，以CuS04、Se02、Inz(S04)3、柠檬酸组成沉积液，首次研究了多孔Ti02基底上CulnSc2薄膜的沉积情况。实验表明：与／TO基底上沉积相比，多孔Ti02基底上CuInSc2沉积电位从一750mY负移到．1250mV左右，XRD结果显示．1100mv是适宜的沉积电位。热处理后，薄膜组成更接近化学计量，结晶度改善，中文摘要光吸收系数大幅度提高，而禁带宽度有所下降，这可能与CuInSc2和Ti02的界面反应

6、有关。关键词：三元硫属化合物化学浴法连续离子吸附与反应法电沉积法ABSTRA(了ABSTRACTETAsolarcellwithchalcogenidesemiconductorsasextremelythinabsorberlayerisoneofthepromisingdevicesinsolarenergy．TherehasbeenconsiderableinterestfordevelopingCu]．uS2andCuInSe2thinfilmusinglowtemperaturechemica

7、lmethodssuchasCBD，SILARandelectro-deposition．Advantageoftheseprocessesisthattheyarepollutionfree，lowcostandsoftsolutionprocessing．Thisdissertationbeginswithanoverviewofsolarcellsandsulphidethinfill．Basedonthebackground，thepreparationofCuInS2andCnInSe2bys

8、uchmethodswereresearchedand．thecharacterizationofthefilmswascarriedoutbyXRD、SEM、XPSandHallsystem．ByCBDprocess，CuInS2filmswerepreparedfromaqueousbathcontainingCuCl2，InCl3，TEAandCS(NH2)2．In8～12hofdeposition，thefilmsexhibited