金属墨水法制备CuInS 2 薄膜及太阳电池

发布时间：2021-11-12 07:20

　　太阳能光伏作为一种无污染、寿命长且不受地理限制的绿色能源,被认为是解决未来能源问题的有效途径之一。近年来,世界光伏市场迅猛发展,但是,光伏发电的成本相对还比较高,因此降低发电成本就成为关键。由于薄膜电池技术具有原材料消耗少、能耗低、可大面积快速生产等优点,成为国际学术界和产业界研究的热点领域。CuInS2以其接近太阳光最佳匹配的禁带宽度（1.5 eV）、较大的吸收系数、较高的理论转换效率等优点,是一种非常有潜力的薄膜电池材料。但是,目前CuInS2薄膜制备技术多采用真空方法,制造成本相对较高。本文探索了应用金属颗粒墨水制备CuInS2薄膜及太阳电池的方法。首先采用多元醇还原法制备铜、铟及铜铟合金金属颗粒,然后进行金属颗粒墨水、前驱体薄膜的制备和硫化过程等工艺的研究,制备了CuInS2薄膜太阳电池。全文取得了如下具有创新意义的结果：（1）采用多元醇还原法制备了铜、铟及铜铟合金纳米颗粒。研究发现：反应温度和反应速度是制备铟颗粒的主要因素,NaBH4在溶剂中的分解速度决定了生长时间,高分子添加剂能起到空间位阻作用但也会影响到颗粒的均匀性。基于以上的认识,采用三乙醇胺（TEA）作为添加剂,结合... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
2 文献综述
    2.1 引言
    2.2 太阳电池的基本理论
        2.2.1 光生伏特效应
        2.2.2 光电流
        2.2.3 光电压
        2.2.4 太阳电池的输出特性
        2.2.5 异质结太阳电池
    2.3 主要的几种薄膜太阳电池
        2.3.1 非晶硅薄膜太阳电池
        2.3.2 多晶硅/微晶硅薄膜太阳电池
        2.3.3 CdTe薄膜太阳电池
        2.3.4 CuInSe_2(CuIn_xGa_(1-x)Se_2)薄膜太阳电池
    2.4 CuInS_2薄膜的性质及制备
        2.4.1 CuInS_2的性质
        2.4.2 真空法制备CuInS_2薄膜
        2.4.3 铜铟合金的相转变
        2.4.4 铜铟合金的硫化
        2.4.5 钠和氧对硫化的作用
    2.5 非真空法制备制备CuInS_2薄膜
        2.5.1 喷涂热解法(spray)制备CuInS_2薄膜
        2.5.2 离子层气相反应(ILGRA)法制备CuInS_2薄膜
        2.5.3 化学水浴法(CBD)制备CuInS_2薄膜
        2.5.4 电化学/化学镀法沉积CuInS_2薄膜
        2.5.5 溶胶-凝胶(sol-gel)法制备CuInS_2薄膜
        2.5.6 颗粒/墨水法制备CuInS_2薄膜
    2.6 CuInS_2薄膜太阳电池
    2.7 本章总结
3 实验内容、设备及测试仪器
    3.1 实验内容
        3.1.1 金属颗粒的制备
        3.1.2 金属颗粒墨水、前驱体薄膜的制备
        3.1.3 热处理及硫化装置
        3.1.4 CuInS_2薄膜太阳电池的制备
    3.2 测试仪器和方法
        3.2.1 X射线衍射仪(XRD)
        3.2.2 透射电子显微镜(TEM)
        3.2.3 扫描电子显微镜(SEM)
        3.2.4 Raman散射谱测试
        3.2.5 X射线光电子谱(XPS)
        3.2.6 等离子发射光谱(ICP-AES)
        3.2.7 紫外-可见光吸收谱(UV-Vis)
        3.2.8 电池电流-电压(I-V)特性曲线测试
4 金属铟、铜铟合金颗粒的制备
    4.1 引言
    4.2 多元醇还原法制备金属颗粒
        4.2.1 实验路线
        4.2.2 实验过程
        4.2.3 实验结果
    4.3 反应条件对铟颗粒的影响
        4.3.1 NaBH_4加入方式对铟颗粒形貌的影响
        4.3.2 不同反应温度对铟颗粒形貌的影响
        4.3.3 不同有机物添加剂种类对铟颗粒形貌的影响
        4.3.4 溶剂对铟颗粒形貌的影响
        4.3.5 反应速度对铟颗粒形貌的影响
    4.4 快速注入法制备铟颗粒
        4.4.1 反应温度对制备铟颗粒形貌的影响
        4.4.2 氯化铟量(浓度)对铟颗粒形貌的影响
        4.4.3 反应时间对铟颗粒的影响
        4.4.4 三乙醇胺(TEA)作为有机添加剂制备铟颗粒
    4.5 铜铟合金颗粒的制备
        4.5.1 不同铜铟比合金颗粒的制备
        4.5.2 反应温度对合金颗粒的影响
        4.5.3 反应时间对合金颗粒的影响
        4.5.4 不同添加剂对铜铟颗粒影响
    4.6 本章小结
5 铜铟、铟颗粒的热稳定性
    5.1 引言
    5.2 铜铟颗粒的热稳定性
    5.3 铟颗粒的热稳定性
    5.4 氧化铟纳米线的生长机理
    5.5 本章结论
6 前驱体薄膜及CuInS_2薄膜的制备
    6.1 引言
    6.2 化学水浴法结合后补铜/铟法制备CuInS_2薄膜
        6.2.1 硫化铜补铟法制备CuInS_2薄膜
        6.2.2 硫化铟补铜制备CuInS_2薄膜
    6.3 分层法和混合法制备铜铟金属薄膜及CuInS_2薄膜
    6.4 本章结论
7 CuInS_2薄膜在硫化时的结构变化
    7.1 引言
    7.2 实验条件
    7.3 前驱体铜铟薄膜的形貌
    7.4 不同铜铟比例前驱体对CuInS_2薄膜的影响
    7.5 硫化温度对CuInS_2薄膜的影响
    7.6 衬底对制备CuInS_2薄膜结构的影响
    7.7 硫化后制备的CuInS_2薄膜的截面形貌
    7.8 掺钠对CuInS_2薄膜结构的影响
    7.9 不同硫源量对CuInS_2结构的影响
    7.10 本章小结
8 CuInS_2薄膜太阳电池的制备与表征
    8.1 引言
    8.2 CdS缓冲层的制备
    8.3 窗口层的制备
    8.4 不同CdS层厚度对电池性能的影响
    8.5 阻挡层i-ZnO厚度对电池性能的影响
    8.6 CuInS_2薄膜太阳电池的非稳定性
    8.7 本章结论
9 全文结论
参考文献
作者简历及在学期间所取得的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶硅薄膜成为太阳能发展主流[J]. 怡舒.  技术与市场. 2010(02)
[2]铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展及发展前景[J]. 马光耀,康志君,谢元锋.  金属功能材料. 2009(05)
[3]硅薄膜太阳能电池的原理及其应用[J]. 邹红叶.  物理通报. 2009(05)
[4]叠层太阳能电池研究进展和发展趋势[J]. 伍沛亮,王红林,陈砺.  科技导报. 2009(03)
[5]太阳能电池能源成本分析与薄膜电池技术发展[J]. 张志坚,俞德庆,张玉林,许开芳.  云南冶金. 2008(06)
[6]Preparation and Characterization of CuInS2 Thin Films for Solar Cells by Chemical Bath Deposition[J]. TANG Hui-xiang, YAN Mi, ZHANG Hui, MA Xiang-yang, WANG Lei and YANG De-ren ** State Key Laboratory of Silicon Materials, Zhejiang University, Hangzhou 310027, P. R. China.  Chemical Research in Chinese Universities. 2005(02)
[7]硅太阳电池材料的研究进展[J]. 王晓晶,班群,沈辉.  能源工程. 2002(04)



本文编号：3490432