太阳能电池用SnS和CdS薄膜的微观结构与性能研究

发布时间：2017-07-31 14:21

  本文关键词：太阳能电池用SnS和CdS薄膜的微观结构与性能研究

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【摘要】：SnS是直接带隙半导体其禁带宽度为1.3~1.5 eV,非常接近太阳能电池的最佳禁带宽度1.5 eV,并且其具有较大的光吸收系数(104 cm-1),很适合做太阳能电池的吸收层。由于SnS具有制备成本低、无毒、地球储量丰富等优点,其在薄膜太阳能电池领域具有广阔的发展前景。CdS是禁带宽度为2.4 eV的直接带隙半导体。CdS既有很高的光透过率,以保证有尽量多的光子供吸收,还有较大的光电导率可以减小电池的内阻,因此很适合作为太阳能电池的窗口层材料。太阳能电池的性能与吸收层和窗口层的薄膜质量有密切关系。因此本文采用电沉积法制备了SnS薄膜并研究工艺参数对其物相、形貌、光学性能的影响。优化出的工艺参数为:电流密度为0.5 mA/cm2,Sn2+浓度为10 m M,离子浓度比Sn2+/S2O32-=1/5,EDTA浓度为5 mM,总沉积时间t=1.5 h,沉积温度T=45 oC,溶液pH=2,氩气中300 oC退火。制备的SnS薄膜成分接近化学计量比,均匀致密,具有高的吸收系数。采用化学水浴法制备了CdS薄膜并研究工艺参数对其物相、形貌、光学性能的影响。优化出的工艺参数为:溶液pH=10,反应温度T=80 oC,硫脲浓度0.015 M,氯化镉浓度0.015 M,氯化铵浓度0.03 M,反应时间30 min,氩气中400 oC退火。制备的CdS薄膜接近化学计量比,在(002)方向有明显取向,薄膜致密均匀,具有较高的光透过率。本文还制备出CdS/SnS太阳能电池,并研究了其性能,J-V曲线表明制备的太阳能电池具有明显的整流特性,但是光响应较弱。
【关键词】：SnS薄膜 CdS薄膜 太阳能电池
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 SnS的研究进展10-12
• 1.2.1 SnS国外研究进展10-11
• 1.2.2 SnS国内研究进展11-12
• 1.3 CdS的研究进展12-13
• 1.3.1 CdS国外研究进展12-13
• 1.3.2 CdS国内研究进展13
• 1.4 SnS概述13-16
• 1.4.1 SnS的基本性质13-14
• 1.4.2 SnS晶体结构14-15
• 1.4.3 SnS的能带结构15-16
• 1.5 SnS薄膜生长方法16-19
• 1.5.1 化学水浴法16-17
• 1.5.2 电沉积法17
• 1.5.3 化学气相沉积法(CVD)17-18
• 1.5.4 原子层沉积(ALD)18-19
• 1.5.5 热蒸发法19
• 1.6 CdS概述19-20
• 1.7 本论文的主要研究内容20-21
• 第2章 SnS薄膜与CdS薄膜的制备工艺及表征方法21-26
• 2.1 SnS的制备原理21-23
• 2.1.1 电沉积工艺21-22
• 2.1.2 SnS薄膜的沉积原理22-23
• 2.2 CdS的制备工艺23-24
• 2.3 表征技术24-26
• 2.3.1 晶体结构表征方法24
• 2.3.2 薄膜微观组织表征方法24
• 2.3.3 薄膜光学性能表证方法24-25
• 2.3.4 拉曼散射表征25
• 2.3.5 霍尔表征25
• 2.3.6 X射线光电子能谱表征25
• 2.3.7 伏安特性表征25-26
• 第3章 SnS薄膜的制备及性能分析26-45
• 3.1 电沉积法制备SnS薄膜26-27
• 3.1.1 实验试剂及仪器26
• 3.1.2 实验装置26-27
• 3.1.3 制备过程27
• 3.2 电流密度对薄膜的影响27-30
• 3.2.1 薄膜的物相分析27-29
• 3.2.2 薄膜的形貌分析29-30
• 3.3 反应物浓度对薄膜的影响30-32
• 3.3.1 薄膜的物相分析30-31
• 3.3.2 薄膜的形貌分析31-32
• 3.4 溶液pH对薄膜的影响32-35
• 3.4.1 薄膜的物相分析32-34
• 3.4.2 薄膜的形貌分析34-35
• 3.5 EDTA对SnS薄膜的影响35-39
• 3.5.1 薄膜的物相分析35-36
• 3.5.2 薄膜的形貌分析36-37
• 3.5.3 薄膜的光学性能分析37-39
• 3.5.4 薄膜的成分分析39
• 3.6 退火温度对SnS薄膜的影响39-44
• 3.6.1 薄膜的物相分析39-41
• 3.6.2 薄膜的形貌分析41-42
• 3.6.3 薄膜的光学性能分析42-43
• 3.6.4 薄膜的成分分析43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第4章 CdS薄膜的制备及性能分析45-66
• 4.1 电沉积法制备CdS薄膜45-46
• 4.1.1 实验试剂及仪器45
• 4.1.2 实验装置45-46
• 4.1.3 制备过程46
• 4.2 反应温度对CdS薄膜的影响46-50
• 4.2.1 薄膜的物相分析46-48
• 4.2.2 薄膜的形貌分析48-49
• 4.2.3 薄膜的光学性能分析49-50
• 4.3 溶液pH对CdS薄膜的影响50-54
• 4.3.1 薄膜的物相分析50-52
• 4.3.2 薄膜的形貌分析52-53
• 4.3.3 薄膜的光学性能分析53-54
• 4.4 硫脲浓度对CdS薄膜的影响54-57
• 4.4.1 薄膜的物相分析54-55
• 4.4.2 薄膜的形貌分析55-56
• 4.4.3 薄膜的光学性能分析56-57
• 4.5 氯化铵浓度对CdS薄膜的影响57-62
• 4.5.1 薄膜的物相分析57-59
• 4.5.2 薄膜的形貌分析59-61
• 4.5.3 薄膜的光学性能分析61-62
• 4.6 退火对CdS薄膜的影响62-65
• 4.6.1 薄膜的物相分析62-63
• 4.6.2 薄膜的形貌分析63
• 4.6.3 薄膜的光学性能分析63-64
• 4.6.4 薄膜的成分分析64-65
• 4.7 本章小结65-66
• 第5章 CdS/SnS太阳能电池制备及性能66-69
• 5.1 Al作为接触电极的CdS/SnS太阳能电池的制备66-67
• 5.2 Mo作为接触电极的CdS/SnS太阳能电池的制备67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-77
• 致谢77

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本文编号：599585