铜铟碲光电材料的结构与性能研究

发布时间：2020-05-24 18:30

【摘要】：具有可再生性、无污染性的太阳能利用成为解决能源问题有效途径之一,而太阳能电池就是合理利用太阳能的一种重要表现形式。CuInTe_2的禁带宽度为1.06eV左右,可以通过掺杂Ga或Al使其禁带宽度进行调整。基于第一性原理对CuInTe_2体系进行理论计算,分析其几何结构、禁带宽度及光学性质;采用旋涂~共还原法对CuInTe_2、CuGaTe_2和CuAlTe_2三种三元化合物进行制备,后又对CuInTe_2进行掺杂Ga或Al制备,采用XRD、SEM、EDS和四探针电阻仪对其进行结构和性能分析。(1)采用CASTEP程序对该体系进行结构优化、能带及光学性质计算。结构优化后,CuInTe_2、CuGaTe_2和CuAlTe_2的晶胞体积变大,但三者晶胞体积依次减小的趋势不变;在CuInTe_2中掺杂Ga或者Al进行优化后,较CuInTe_2的晶胞体积变小,掺杂量越大,晶胞体积越小;能带计算后,发现随着掺杂Ga或Al量的增加,禁带宽度越变越大,但变化范围在CuInTe_2和CuAlTe_2禁带宽度的范围之内,可以通过改变掺杂量使禁带宽度在此范围内连续调节;CuInTe_2的吸收率在波长为250nm达到顶峰,但随着掺杂量的增加,顶峰值有增大趋势,在可见光波长范围内,吸收率都达到4.0×10~4cm~(-1),能够保持较好的吸收率。(2)研究了氯化物体系制备CuInTe_2在不同反应温度下的合成结晶效果,发现在180℃~220℃下有成功制备CuInTe_2薄膜的趋势;研究了硝酸盐体系制备CuInTe_2薄膜在该温度区间内反应不同时间的合成结晶效果,均成功制备出了CuInTe_2薄膜,结晶效果较于氯化物体系制备明显变好,在反应温度为200℃、反应时间为20h时结晶最好;发现增加反应次数能够提高成功制备CuInTe_2薄膜的概率并能有效提高其结晶效果,而增加热处理工艺并未达到预期效果;通过SEM分析所制薄膜在一定范围内能够保持连续致密;通过EDS分析所制薄膜均含有Cu、In和Te元素;通过四探针电阻仪测得所制薄膜的电阻率与电导率符合半导体范围,但由于薄膜表面致密性较差,对电性能的测试结果影响较大。(3)研究了在180℃~220℃下反应不同时间的合成CuGaTe_2薄膜的结晶效果,均成功制备出了CuGaTe_2薄膜,但结晶效果不好,在反应温度为200℃、反应时间为20h时结晶最好,通过SEM分析薄膜能够保持连续致密,通过EDS分析所制薄膜均含有Cu、Ga和Te元素;研究了在不同反应温度下合成CuAlTe_2薄膜的结晶效果,没有成功得到CuAlTe_2晶体薄膜,仅仅得到了Te的单质晶体。研究了在180℃~220℃下反应不同时间合成CuIn_(1-x)Ga_xTe_2薄膜的结晶效果,没有得到CuIn_(1-x)-x Ga_xTe_2的晶体薄膜,仅仅得到了Te的单质晶体。
【图文】：

太阳能电池工作原理

薄膜太阳能电池的基本构造示意图
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】

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本文编号：2678808