CuInS2單晶體的製備及光電性能研究

《CuInS2單晶體的製備及光電性能研究》是依託上海大學，由趙岳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：CuInS2單晶體的製備及光電性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙岳
• 依託單位：上海大學

中文摘要

光伏太陽能作為新能源和可再生能源，是為數不多的可持續、無污染的能源之一，從而使它成為當前的研究熱點。與其它材料相比，用CuInS2製備的太陽電池,具有很多優勢，但其太陽電池的性能不高,這就需要對CuInS2晶體的物理性能進行深入的研究。本項目將用磁場和籽晶輔助的移動加熱法製備CuInS2單晶體，並研究其光電性能。首先用布里奇曼法生長CuInS2籽晶和多晶錠，然後再用磁場和籽晶輔助的移動加熱法生長Φ30mm×10cm的單晶體。同時，研究CuInS2單晶材料的本徵缺陷、成分、光電性能與生長工藝參數之間的關係。此外，還深入研究退火工藝及高能電子束輻照對CuInS2單晶材料的缺陷和組分分布的影響。本項目完成後，可以基本解決Φ30mm×10cm的CuInS2單晶體的製備工藝，並為製備性能優越的更大尺寸的CuInS2單晶體打下紮實的理論和實踐基礎，也為研製高效CuInS2基薄膜太陽電池提供豐富經驗。

結題摘要

利用太陽能進行光伏發電是同時解決“能源短缺”和“環境污染” 兩大難題的最佳選擇之一。CuInS2薄膜具有與太陽光譜相匹配的直接帶隙(1.45eV)，對可見光較高的吸收係數(達105cm-1)，且不含有毒元素，是一種極具潛力的新型薄膜太陽電池吸收材料。本項目中，主要是進行CuInS2晶體和薄膜的製備和性能表征，並同時進行相應的光電器件的製備及最佳化。取得的主要研究成果為：嘗試用布里奇曼法製備CuInS2晶體，發現製備得到的晶錠是幾個大晶粒組成的；用搖擺爐法生長CuInS2多晶錠，並用掠射角沉積法製備CuInS2薄膜，發現隨著傾斜角的增加，薄膜的吸收係數和禁頻寬度增加，晶體質量下降；同時，使用常規單源熱蒸發法製備CuInS2薄膜，並在硫氣氛下，在不同溫度下熱退火，發現在500℃退火，獲得了單黃銅礦結構的CuInS2薄膜，禁頻寬度為1.46eV。同時，對經過400℃硫氣氛和真空退火的CuInS2薄膜，用不同濃度的溴甲醇溶液腐蝕，研究去除表面的CuxS化合物的工藝。此外，還研究了CuInS2薄膜光伏電池阻擋層的製備工藝。同時，製備了CuInS2薄膜光伏電池，獲得的轉換效率只有2%左右，其為進一步最佳化電池結構和工藝，提高電池轉換效率打下了堅實的基礎。