银基三元硫化物的制备及能带计算

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太阳能以其无污染、易获取的优点应用广泛,特别是近年来太阳能电池的发展迅猛,逐渐引起人们的重视,对于现有太阳能的研究趋于完善,所以研究新型高效的太阳能电池是当下太阳能电池应用的创新口。银基硫族三元化合物与铜基硫族三元化合物结构具有相似性,同时其较高的带隙宽度、较好的光学性质决定了可以应用于太阳能电池吸收层领域。本文用MS中自带的CASTEP程序,计算在PBE赝势下Ag-Ⅲ(In、Ga、Al)-Ⅵ(S、Se、Te)2及AgIn0.5Ga0.5S(Se、Te)2、AgGa0.5Al0.5S(Se、Te)2的能带及光学性质。用旋涂共还原法制备了AgInS2、AgInSe2薄膜,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对样品产物、形貌与性能进行表征。(1)用MS中自带的CASTEP程序,基于几何结构优化,在密度泛函理论下交换关联能用广义梯度近似(GGA)的PBE赝势下来进行能带及光学性质计算。计算黄铜矿结构Ag-Ⅲ(In、Ga、Al)-Ⅵ(S、Se、Te)2及AgIn0.5Ga0.5S(Se、Te)2、AgGa0.5Al0.5S(Se、Te)2能带及光学性质,发现掺杂Ga、Al的晶体的禁带宽度总在未掺杂的Ag-Ⅲ(In、Ga、Al)-Ⅵ(S、Se、Te)2晶体的之间,总体都在光波波长约200nm处(远紫光波波长与近紫光波波长临界点)的吸收系数最高,在光波波长为380nm-780nm(可见光)的吸收系数次之,在波长达到780nm以上(红外光)时吸收系数最差,反射率在波长约100nm-140nm(远紫外光)处达到最大,且随波长增大各晶体反射率最终趋于某一稳定值。(2)利用旋涂共还原法制备了AgInS2薄膜。当溶剂为无水乙醇时反应生成物主要为正交相AgInS2,在反应温度为220℃、反应时间为20h、旋涂次数为4次时结晶效果最好,从形貌上看团聚、结块现象比较常见,薄膜有涂覆不均匀的现象,结晶晶体多为球块状、且球块状晶体有轻微团聚现象,小块团聚晶体长度约为0.1μm-0.15μm,单个球状晶体长度多为0.05μm-0.1μm。随反应时间和反应温度增加团聚现象有加重趋势。以去离子水为溶剂也成功制备了AgInS2薄膜,但从形貌上看团聚、结块现象比较常见,薄膜涂覆不均匀。(3)利用旋涂共还原法制备了AgInSe2薄膜。当溶剂为去离子水溶液时反应生成物主要为四方相AgInSe2和正交相AgInSe2,旋涂4次在反应温度为180℃、反应时间为30h时结晶度最好,从形貌上看薄膜整体有沟壑、团聚及涂覆不均匀的现象,晶体由大块状、块球状及少数条块状晶体组成,大块状晶体的长度约为0.3μm-1.5μm,块球状晶体长度多为0.05μm-0.1μm,条块状晶体长度约为0.5μm左右。以去离子水为溶剂时结晶效果远不如溶剂为无水乙醇时,制备了不同形貌的晶体,但团聚、结块现象比较常见,薄膜有涂覆不均匀的现象。
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