电沉积ZnO形貌控制及其与CZTS异质结组装的研究

发布时间：2020-06-22 04:06

【摘要】：随着化石能源的日益减少,铜锌锡硫(CZTS)太阳能电池作为一种能量转化装置受到了广泛关注。目前铜锌锡硫太阳能电池是钠钙玻璃/钼/铜锌锡硫/硫化镉/本征氧化锌/铝掺杂的氧化锌/铝的多层结构,其结构复杂,而且大部分功能层需要真空法制备。不仅成本高,而且需要复杂的设备及工艺。因此,采用低成本的方法进行太阳能电池的组装具有重要意义。本论文采用电沉积法分别制备了有种子层和无种子层ZnO纳米阵列、有种子层ZnO纳米管、ZnO薄膜。通过调节沉积电位、沉积液成分、pH值和温度、沉积时间等参数控制ZnO的形貌。研究发现,沉积电位的负移会使氧化锌纳米阵列的直径增大。沉积液pH值降低会破坏氧化锌种子层,使得氧化锌纳米阵列的直径迅速增大并使氧化锌纳米棒的边缘溶解。沉积液温度升高有利于氧化锌从薄膜向阵列转变并提高其结晶性。改变沉积时间可有效地调控氧化锌纳米阵列的厚度和直径。确定氧化锌纳米阵列的最佳沉积条件:沉积液是2mM硝酸锌和0.1M氯化钾,沉积电位为-1.0V(vs.SCE),沉积液pH值为6.5,沉积温度为70℃。本文还用电沉积法制备出无种子层ZnO纳米阵列、ZnO薄膜和ZnO纳米管,实现了电沉积条件下ZnO薄膜形貌的丰富变化。采用电沉积法和溶胶凝胶法成功制备出纯相铜锌锡硫吸收层。运用电沉积法在CZTS基底上成功制备出不同形貌的CZTS/ZnO异质结。氧化锌薄膜能够均匀连续地覆盖CZTS表面,形成良好的接触。氧化锌纳米阵列在CZTS薄膜表面呈团簇状分布。在电沉积ZnO纳米阵列上电沉积制备CZTS薄膜形成ZnO纳米阵列/CZTS异质结,通过加入CdS缓冲层克服了沉积液易引起ZnO腐蚀困难。在无种子层ZnO纳米阵列上用溶胶凝胶法制备CZTS薄膜,通过CZTS组装工艺的调节,使初始ZnO纳米阵列的粗大结构得以保留,得到ZnO纳米阵列/CZTS异质结结构。该结构有效地增大了窗口层和吸收层的接触面积,有利于载流子的传输,为太阳能电池组装提供了一种新途径。通过采用成本低廉、设备简单的电沉积法和溶胶凝胶法实现了不同形貌的ZnO和CZTS的组装,为ZnO/CZTS太阳能电池的性能提高提供了多样的组装方式选择。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【图文】：

螺旋桨图,纳米,纳米带,氧化锌

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示意图,黄锡矿,晶体结构,铜金

ＺＴＳ晶体结构示意图：⑻锌黄锡矿（ＫＳ）（ｂ）黄锡矿（ＳＴ）邋（ｃ）混合铜金（ＰＭＣＡ）［２９】逡逑ｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＣＺＴＳ：邋（ａ）邋ｋｅｓｔｅｒｉｔｅ邋（ＫＳ）邋（ｂ）邋ｓｔａｎｎｉｔｐｒｉｍｉｔｉｖｅ邋ｍｉｘｅｄ邋ＣＡ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋（ＰＭＣＡ）逡逑

【参考文献】