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作为一种取之不尽的清洁能源,太阳能的开发和利用正引起人类从未有过的极大关注。探索新型薄膜太阳能电池材料以提高光电转换效率、降低电池制作成本是目前太阳能光伏电池研究与开发的热点之一。本论文工作围绕Cu-VII-VI族化合物,通过材料的能带结构计算、合成、薄膜制备以及基本半导体性能的研究,评估其作为薄膜太阳能电池材料的应用前景。
本论文的主要研究工作如下:
1.根据文献报道及CASTEP程序计算Cu-VII-VI族化合物的能带结构,筛选可用于薄膜太阳能电池材料的化合物。
2.采用固相法合成CuCISe2、CuBrSe3和CuISe3多晶粉末:分别将卤化亚铜和硒粉按化合物的化学计量比称重、均匀混合,并在真空、300℃下恒温24h,合成出相应化合物的多晶粉末。使用TG-DTA对CuCISe2多晶粉末进行热稳定性能分析,测得CuCISe2的熔点为328℃。
3.采用气相法生长CuCISe2单晶,晶体的尺寸在厘米量级,其导电性能较差。
4.采用脉冲激光沉积法(PLD)制备了CuCISe2薄膜,系统研究了薄膜的结构、表面形貌、基本的光学及电学性质。结果表明:(1)制备出的薄膜为单一的CuCISe2相,有(006)择优生长方向。(2)薄膜的平均晶粒尺寸随沉积时间的增加而增大。(3)薄膜的生长方式为层岛复合生长模式。(4)CuCISe2为间接带隙半导体材料,其带宽为1.45eV,当入射光波长小于720nm时,薄膜的光吸收系数在104cm-1以上。(5)薄膜的导电性能不稳定,随时间的推移而逐步衰减,直至不导电;在真空条件下,衰减速度减慢。