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三元硫属化合物是极有潜力的光电半导体材料。黄铜矿型II-III-VI三元化合物因具有各不相同的结构参数和空穴特性,从而引起了人们极大的关注。特别是CuIn(Se,S)<,2>等三元化合物,很适合应用于制备薄膜太阳能电池,其具有以下特点:
1、Culn(Se,S)<,2>的吸收系数很大,膜可以做得很薄,降低了生产成本;
2、CulnS<,2>和CulnSe<,2>的禁带宽度分别为1.50eV和1.05eV,这与太阳的吸收光谱很吻合;
3、CuIn(S,Seh为直接能隙半导体,减少了对少数载流予扩散的要求;
4、CuIn(S,Se)<,2>可制得高质量的p型和n型薄膜,易于制成同质结,并且价格较低,适合大规模生产;
5、通过理论计算表明,其转换效率在28%左右,这在所有光伏器件中是最高的。
鉴于Culn(Se,S)<,2>的以上优点,Culn(Se,S)<,2>材料的制备成为人们的研究热点。本论文采用设备简单、操作容易的水热溶剂热方法制备了多种形貌和新颖微结构的CuInS<,2>,CulnSe<,2>的纳米/微米材料,初步探讨了温度,时间,反应物浓度对其结构,形貌,生长机理的影响,并通过x射线粉末衍射仪,透射电镜、场发射扫描电镜、紫外.可见分光光度计等测试手段对其进行了结构表征分析与光学性能测试,研究结果表明,所得到的产物形貌主要为纳米颗粒,片状物,2-5μm大小的微米球等多种形貌的产物,其光学带隙在一定范围内可调。
将所制备的不同形貌的CuInS<,2>样品应用于太阳能电池,研究了其作为太阳能电池材料的应用。通过水热溶剂热方法,在导电玻璃和TiO<,2>膜上分别沉积上具有片状物的CulnS<,2>样品,考查了不同浓度对其膜厚的影响。分别把它们组装成全固态太阳能电池、无机敏化太阳能电池和染料敏化太阳能电池,通过对无机敏化太阳能电池的系列工艺实验来优化它的光电性能,获得了0.14%的光电转换效率,这为以后深入研究无机敏化太阳能提供了一定的实验基础,并且对于将三元硫属化合物作为太阳能电池材料的应用具有一定的指导意义。