电沉积制备硫族光电热电薄膜及其表征

发布时间：2017-08-29 00:26

  本文关键词：电沉积制备硫族光电热电薄膜及其表征

  更多相关文章： 电沉积法 CuInSe_2薄膜 CuInS_2薄膜 Cu_(2-x)Se薄膜 Bi_2Se_3薄膜 硫化 热处理

【摘要】：随着能源需求量的增大和不可再生能源储量的减少,能源尤其是可再生能源的合理开发和利用愈发重要。太阳能是清洁、无污染和储量大的能源,可以通过太阳能电池实现光电转换,热电材料可以将废热废气以及太阳光辐射产生的热量转换成电能,有效缓解能源危机。CuInSe2和CuInS2因其热稳定性好,光吸收系数高等优点均成为具有发展前景的光电材料。Cu2-XSe和Bi2Se3作为二元热电材料也已成为国内外研究的热点。本文主要采用电沉积法制备CuInSe2、CuInS2、Cu2-xSe和Bi2Se3薄膜,研究了电沉积和后处理工艺对薄膜成相、表面形貌及其他性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和分光光度计对薄膜进行表征。(1)采用一步电沉积制备CuInSe2光电薄膜,研究了沉积电位、溶液pH、溶液温度、沉积时间和络合剂等电沉积工艺对薄膜成相和形貌的影响,结果表明原料CuCl2·2H2O、InCl3、SeO2和柠檬酸钠浓度配比分别为6mmol/L、8mmol/L、6mmol/L和5 mmol/L,溶液pH=2.0,沉积电位为-0.5V,溶液温度20℃,沉积时间为30min时,可以得到CuInSe2薄膜；薄膜表面为颗粒分布,颗粒直径范围约为0.5-1.5μm,薄膜表面较为致密连续。(2)采用电沉积后硫化两步法制备CuInS2光电薄膜,研究了沉积电位、沉积时间、溶液温度以及硫化工艺对薄膜成相和形貌的影响,结果表明原料CuCl2·2H2O、InCl3、 Na2S2O3·5H2O和柠檬酸钠浓度配比分别为10mmol/L、10mmol/L、100mmol/L和1.25mmol/L,pH=3.5,沉积电位为-1.0V,沉积时间为30min,溶液温度为25℃时可得到CuInS2前驱体薄膜,前驱体薄膜在350℃下硫化6h得到结晶良好的CuInS2薄膜；薄膜表面呈块状分布,且大小较为均匀,经热处理薄膜表面有少许空洞；前驱体薄膜及硫化后均含有铜、铟和硫三种元素,并且硫化后薄膜中硫元素含量明显提高。(3)采用一步电沉积法制备Cu2-xSe热电薄膜,研究了沉积电位和溶液pH对Cu2-xSe薄膜成相和形貌的影响,结果表明原料CuCl2·2H2O、SeO2和柠檬酸钠浓度配比分别为6mmol/L、12mmol/L和50 mmol/L,溶液pH=2.5,沉积电位为-0.5V,溶液温度20℃,沉积时间为30min时得到Cu2-xSe薄膜；薄膜表面呈长度约为1μm的棒状分布,薄膜致密连续,表面平整。(4)采用电沉积法制备Bi2Se3热电薄膜,并对薄膜进行热处理,研究了沉积电位、沉积时间、溶液温度和热处理工艺对薄膜成相和形貌的影响,结果表明原料浓度为4mmol/L Bi2O3和5 mmol/L SeO2的溶液,在沉积电位为-0.4V,溶液pH=1.0,沉积时间为20min,溶液温度为25℃C时可以得到Bi2Se3薄膜；并且在350℃下热处理2h或400℃下热处理1h时均可明显提高Bi2Se3薄膜的结晶性；薄膜表面存在颗粒团聚和棒状结晶,且分布不规律。
【关键词】：电沉积法 CuInSe_2薄膜 CuInS_2薄膜 Cu_(2-x)Se薄膜 Bi_2Se_3薄膜 硫化 热处理
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 引言12
• 1.2 太阳能电池12-17
• 1.2.1 太阳能电池工作原理12-13
• 1.2.2 太阳能电池种类13-15
• 1.2.3 化合物薄膜太阳能电池结构15-16
• 1.2.4 CuInSe_2薄膜太阳能电池研究进展16
• 1.2.5 CuInS_2薄膜太阳能电池研究进展16-17
• 1.3 热电材料17-20
• 1.3.1 热电材料工作原理18
• 1.3.2 热电材料分类18
• 1.3.3 Cu_(2-x)Se薄膜材料研究进展18-19
• 1.3.4 Bi_2Se_3热电材料研究进展19-20
• 1.4 电沉积法20
• 1.5 本论文研究内容20-21
• 第2章 实验部分21-24
• 2.1 实验试剂及仪器21-22
• 2.1.1 实验试剂21
• 2.1.2 实验仪器21-22
• 2.2 实验步骤22-23
• 2.2.1 基片处理22
• 2.2.2 溶液配制22
• 2.2.3 薄膜沉积22-23
• 2.2.4 薄膜硫化或热处理23
• 2.2.5 样品分析23
• 2.3 实验测试仪器23-24
• 2.3.1 X射线衍射仪23
• 2.3.2 扫描电子显微镜23
• 2.3.3 能谱仪23
• 2.3.4 分光光度计23-24
• 第3章 一步电沉积法制备CuInSe_2光电薄膜及其表征24-38
• 3.1 电沉积条件对CuInSe_2薄膜成相的影响24-32
• 3.1.1 沉积电位对CuInSe_2薄膜成相的影响24-25
• 3.1.2 溶液pH对CuInSe_2薄膜成相的影响25-26
• 3.1.3 溶液温度对CuInSe_2薄膜成相的影响26-27
• 3.1.4 原料来源对CuInSe_2薄膜成相的影响27-28
• 3.1.5 沉积时间对CuInSe_2薄膜成相的影响28-29
• 3.1.6 络合剂种类对CuInSe_2薄膜成相的影响29-30
• 3.1.7 络合剂柠檬酸钠浓度对CuInSe_2薄膜成相的影响30-31
• 3.1.8 原料浓度配比对CuInSe_2薄膜成相的影响31-32
• 3.2 电沉积条件对CuInSe_2薄膜表面形貌的影响32-35
• 3.2.1 沉积电位对CuInSe_2薄膜表面形貌的影响32-33
• 3.2.2 柠檬酸钠浓度对CuInSe_2薄膜表面形貌的影响33-34
• 3.2.3 溶液温度对CuInSe_2薄膜表面形貌的影响34
• 3.2.4 原料来源对CuInSe_2薄膜表面形貌的影响34-35
• 3.3 CuInSe_2薄膜成分分析35-36
• 3.4 CuInSe_2薄膜带隙估算36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 电沉积后硫化两步法制备CuInS_2光电薄膜及其表征38-53
• 4.1 实验工艺参数对CuInS_2薄膜成相的影响38-46
• 4.1.1 电沉积条件对CuInS_2前驱体薄膜成相的影响38-41
• 4.1.2 硫化热处理对CuInS_2薄膜成相的影响41-46
• 4.2 硫化热处理对CuInS_2薄膜表面形貌的影响46-49
• 4.2.1 在250℃下硫化9h得到的CuInS_2薄膜的表面形貌46-47
• 4.2.2 在300℃下硫化6h得到的CuInS_2薄膜的表面形貌47
• 4.2.3 在350℃下硫化6h得到的CuInS_2薄膜的表面形貌47
• 4.2.4 在400℃下硫化3h得到的CuInS_2薄膜的表面形貌47-48
• 4.2.5 在400℃下硫化6h得到的CuInS_2薄膜的表面形貌48
• 4.2.6 在400℃下硫化9h得到的CuInS_2薄膜的表面形貌48-49
• 4.3 CuInS_2薄膜成分分析49-51
• 4.3.1 CuInS_2前驱体薄膜成分分析49-50
• 4.3.2 CuInS_2前驱体薄膜在350℃下硫化6h后成分分析50-51
• 4.4 CuInS_2薄膜带隙估算51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 一步电沉积法制备Cu_(2-x)Se薄膜及其表征53-59
• 5.1 电沉积条件对Cu_(2-x)Se薄膜成相的影响53-55
• 5.1.1 沉积电位对Cu_(2-x)Se薄膜成相的影响53-54
• 5.1.2 溶液pH对Cu_(2-x)Se薄膜成相的影响54-55
• 5.2 电沉积条件对Cu_(2-x)Se薄膜表面形貌的影响55-57
• 5.2.1 沉积电位对Cu_(2-x)Se薄膜表面形貌的影响55-56
• 5.2.2 溶液pH对Cu_(2-x)Se薄膜表面形貌的影响56-57
• 5.3 Cu_(2-x)Se薄膜成分分析57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第6章 Bi_2O_3为铋源电沉积制备Bi_2Se_3热电薄膜及其表征59-72
• 6.1 实验工艺参数对Bi_2Se_3薄膜成相的影响59-67
• 6.1.1 电沉积条件对Bi_2Se_3薄膜成相的影响59-62
• 6.1.2 热处理条件对Bi_2Se_3薄膜成相的影响62-67
• 6.2 热处理条件对Bi_2Se_3薄膜表面形貌的影响67-69
• 6.2.1 在250℃下热处理3h得到的Bi_2Se_3薄膜的表面形貌67-68
• 6.2.2 在300℃下热处理1h得到的Bi_2Se_3薄膜的表面形貌68
• 6.2.3 在350℃下热处理2h得到的Bi_2Se_3薄膜的表面形貌68
• 6.2.4 在400℃下热处理1h得到的Bi_2Se_3薄膜的表面形貌68-69
• 6.3 Bi_2Se_3薄膜成分分析69-70
• 6.4 Bi_2Se_3薄膜带隙估算70-71
• 6.5 本章小结71-72
• 第7章 总结与展望72-74
• 7.1 论文总结72
• 7.2 展望72-74
• 参考文献74-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况82-83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李云良;田振辉;谭惠丰;;屈曲薄膜振动分析[J];工程力学;2008年11期

2 肖潇;关富玲;程亮;;基于能量动量方法的空间薄膜结构的展开分析[J];工程力学;2011年04期

3 谭惠丰;余建新;卫剑征;;空间薄膜结构动态测试研究最新进展[J];实验力学;2012年04期

4 王灿;门玉涛;李林安;;含有界面裂纹薄膜的有限元分析[J];科学技术与工程;2007年16期

5 徐彦;关富玲;;可展开薄膜结构折叠方式和展开过程研究[J];工程力学;2008年05期

6 谭惠丰;李云良;;薄膜后屈曲振动行为分析[J];哈尔滨工业大学学报;2011年S1期

7 立早;硬质炭薄膜的制造技术[J];新型碳材料;1991年02期

8 姜训勇,徐惠彬,蒋成保,宫声凯;形状记忆薄膜的研究进展[J];材料导报;2000年07期

9 刘文元;李驰麟;傅正文;;含氮磷酸锂薄膜在空气中的稳定性[J];物理化学学报;2006年11期

10 肖秀娣;董国平;余华;范正修;贺洪波;邵建达;;倾斜沉积制备雕塑薄膜的研究进展[J];稀有金属材料与工程;2008年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 饶正清;杨庆山;;薄膜结构褶皱处理方法[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年

2 薛峰;苟晓凡;周又和;;磁性夹杂/超导薄膜结构力学特性研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

3 辛煜;方亮;陆新华;甘肇强;康健;叶超;程珊华;宁兆元;;微波ECR-CVD的宏观参数对a-C:F膜结构的影响[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

4 姬洪;;探索在普通衍射仪上分析薄膜的途径[A];第八届全国X射线衍射学术会议论文集[C];2003年

5 杨易;金新阳;杨立国;;薄膜结构风荷载数值模拟的新方法和应用[A];第十四届全国结构风工程学术会议论文集（下册）[C];2009年

6 宋昌永;沈世钊;;薄膜结构的形状确定分析[A];第六届空间结构学术会议论文集[C];1996年

7 王友善;王长国;杜星文;;薄膜充气梁的皱曲行为分析[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（下册）[C];2008年

8 宋昌永;王树斌;;薄膜结构中索滑动对结构性能的影响[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年

9 马平;胡建平;唐明;邱服民;王震;于杰;;高功率激光薄膜及相关检测技术[A];中国工程物理研究院科技年报（2005）[C];2005年

10 魏玉卿;尚仰宏;;空间薄膜结构张拉系统优化设计[A];中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 吕军锋;薄膜表面极性火焰处理技术的原理及其特点[N];中国包装报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王长国;空间薄膜结构皱曲行为与特性研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

2 罗胜耘;磁控溅射制备多层TiO_2薄膜的光电化学特性研究[D];复旦大学;2014年

3 秦国平;铟（铜）-氮共掺p型氧化锌薄膜的制备和性能研究[D];重庆大学;2015年

4 何剑;氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应[D];电子科技大学;2015年

5 刘涛;纳米铁磁金属粉体及铁氧体薄膜微波磁共振特性研究[D];电子科技大学;2014年

6 杨蒙蒙;VO_2外延薄膜的制备和相变机理研究[D];中国科学技术大学;2015年

7 张化福;纳米氧化钒薄膜的低温制备及结构与相变性能研究[D];电子科技大学;2014年

8 王从磊;可压缩流与充气薄膜结构耦合作用流场特性[D];南京航空航天大学;2015年

9 郝桂杰;射频集成纳米软磁薄膜的性能和应用研究[D];电子科技大学;2015年

10 赵昊岩;溶液法制备有机晶态薄膜及其晶体管特性研究[D];清华大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李敏;共掺杂LiNbO_3薄膜铁磁性铁电性能的研究[D];天津理工大学;2015年

2 张创立;纳米α-Fe_20_3/Ti0_2薄膜的制备及其光解水制氢研究[D];天津理工大学;2015年

3 王翠娟;B位异价元素掺杂BiFeO_3薄膜的制备与性能研究[D];山东建筑大学;2015年

4 阿立玛;掺铈与掺铬对于铁酸铋薄膜铁电性影响的研究[D];内蒙古大学;2015年

5 石璐丹;电沉积制备硫族电池薄膜及其性能研究[D];山东建筑大学;2015年

6 张美杰;射频磁控溅射制备金属/CrN薄膜及其特性研究[D];延边大学;2015年

7 王艳艳;液相法制备Ti0_2和Cu_2S薄膜的摩擦学性能的研究[D];青岛理工大学;2015年

8 台运东;高功率脉冲磁控溅射技术制备Ti-Cu薄膜及血小板粘附件为[D];西南交通大学;2015年

9 张旭;有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备及其性能研究[D];内蒙古大学;2015年

10 张帅拓;多弧离子镀制备TiN/TiCrN/TiCrAIN多层硬质膜的研究[D];沈阳大学;2015年

，

本文编号：750353