铜铟铝硒（CIAS）薄膜太阳能电池关键材料——制备和性能(新型太阳能电池关键材料制备) 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书主要介绍太阳能电池、铜铟硒（CIS）类太阳能电池及其关键材料。阐述了铜铟铝硒（CIAS）薄膜及CdS、ZnS薄膜的制备和表征方法。研究了不同硒化工艺对CIAS薄膜性能的影响，以及Al相对含量对CIAS薄膜性能的影响，并从成膜一般规律与制备过程探讨了真空蒸发多层膜(VEMF)法与中频孪生非平衡磁控溅射(FTUMS)技术两种方法制备薄膜的成膜过程与机理。研究不同工艺条件对CdS、ZnS薄膜性能的影响，并从化学水浴法（CBD）的成膜原理探讨了CdS和ZnS薄膜的成膜过程。

第1章绪论1

1?1太阳能电池概述1

1?2晶体硅太阳能电池2

1?3聚合物多层修饰电极型太阳能电池3

1?4有机太阳能电池3

1?5多元化合物薄膜太阳能电池5

参考文献6

第2章CIS类太阳能电池8

2?1CIS类太阳能电池的发展8

2?2CIS类太阳能电池的构成9

2?3CIS类薄膜材料12

2?4CdS薄膜材料16

2?5ZnS薄膜材料17

参考文献19

第3章薄膜材料制备22

3?1VEMF法制备CIAS吸收层薄膜22

3?2IFTUMS技术制备CIAS吸收层薄膜26

3?3CBD法制备CdS缓冲层薄膜30

3?4CBD法制备ZnS缓冲层薄膜33

3?5场发射TEM薄膜样品的制备36

参考文献37

第4章薄膜材料表征39

4?1薄膜的厚度39

4?2薄膜的表面形貌及成分40

4?3薄膜的物相结构40

4?4TEM选区成像、衍射、衍衬及成分40

4?5薄膜的XPS表征41

4?6薄膜的光电性能42

参考文献43

第5章铜铟铝硒(CIAS)薄膜44

5?1VEMF法及后硒化技术制备CIAS薄膜的性能44

5?1?1CIAS薄膜硒化前后性能分析44

5?1?2Al的相对含量对CIAS薄膜性能的影响48

5?2IFTUMS及后硒化技术制备CIAS薄膜性能53

5?2?1CIAS薄膜硒化前后性能分析53

5?2?2Al的相对含量对CIAS薄膜性能的影响58

5?3PVD法薄膜的成膜机制63

5?3?1VEMF法制备CIAS薄膜的成膜机制63

5?3?2IFTUMS技术制备CIAS薄膜的成膜机制68

参考文献70

第6章CdS和ZnS薄膜72

6?1CdS薄膜性能72

6?1?1CdS薄膜TEM与XPS分析72

6?1?2CdS薄膜工艺对性能的影响78

6?2ZnS薄膜性能94

6?2?1ZnS薄膜TEM与XPS分析94

6?2?2ZnS薄膜工艺对性能的影响99

6?3CBD法薄膜的成膜机制114

6?3?1化学水浴反应原理114

6?3?2CdS薄膜的成膜机制115

6?3?3ZnS薄膜的成膜机制117

参考文献118

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编辑推荐

太阳能的利用无疑是21世纪重点发展的技术之一，而传统的硅系太阳能电池存在着效率和污染两大问题，极难解决，因此，薄膜太阳能电池受到人们广泛关注，近年来发展极快，不断取得技术突破。

本书结合作者多年的工作实践，详细介绍了多种薄膜太阳能电池材料的制备，具有很强的借鉴价值。

前言

气候变暖，世界人口增长，环境污染等问题对人类生存和发展提出了严峻的挑战。全球加速进入绿色低碳经济时代,发展、应用可再生能源已成为世界各国能源发展的方向。太阳能取之不尽，用之不竭，是清洁的可再生能源。光伏发电已成为太阳能利用的主要技术，晶体硅光伏电池目前占市场主导地位，自2008年起我国便成为世界上的硅光伏电池及光伏发电系统的生产国。与此同时，薄膜光伏电池发展很快，与传统的晶体硅电池相比，具有节省原材料、低能耗、低成本、便于大面积连续生产等优势。碲化镉（CdTe）,铜铟硒（CuInSe2）类化合物薄膜太阳能电池已步入商品化，其实验室光电转化效率可以与硅晶体光伏电池相媲美。

通常将以铜、铟化合物为主体的铜铟硒（CuInSe2）,铜铟镓硒［Cu(InGa）Se2］、铜铟铝硒［Cu(InAl）Se2］等类似的材料统称为“铜铟硒类光伏材料”（CuInSe2likephotovoltaicmaterials)。此类多元化合物的特点为：均是直接带隙半导体材料；常温下以黄铜矿结构形式存在；光吸收系数高（105cm-1）；带隙在1?0～2?7eV范围可调，覆盖太阳光带隙(1?4～1?5eV)，故以此作为光伏电池吸收层，可有效地吸收太阳光，提高光伏电池的光电转换效率。然而，由于贵重金属In的储量有限，价格昂贵；又因采用有毒的CdS作为缓冲层，使得此类光伏电池的大规模生产受到一定限制。因此研究性能相近的可替代材料刻不容缓。

铜铟铝硒太阳能电池结构为：电极/减反射膜/窗口层(ZnO)/缓冲层(CdS或ZnS)/吸收层铜铟铝硒薄膜［Cu(InAl）Se2］/Mo/玻璃衬底，“关键材料”主要指Cu(InAl）Se2薄膜以及CdS和ZnS薄膜。

笔者探索以易得、廉价的铝部分代替铟（或镓）作为吸收层；以无毒的ZnS替代有毒的CdS作为缓冲层，进行样品制备和性能研究；致力于降低材料成本，更符合节能环保的要求的实验研究。

在吸收层Cu(InAl)Se2薄膜制备中，运用了两种物理气相沉积技术即：真空蒸发多层膜（VEMF）法和中频孪生非平衡磁控溅射(IFTUMS)技术制备CIA预制层，以及真空硒化技术。在ZnS和CdS薄膜制备中，运用化学水浴法（CBD），介绍了原理、反应方程式及工艺过程。进而结合以上实验，分析成膜机理。

本书以材料制备与性能研究为主线，陈述了样品的微观分析，光电特性的检测，直至成膜机理的分析方面进行探索研究的过程。运用了各种微观分析技术，如X射线衍射(XRD)，扫描电镜(SEM)，X射线电子能谱(XPS)的分析等先进检测手段；特别是进行高分辨透射电镜（场发射TEM）的制样与观察；从材料的微观形貌、结构，元素成分及光电性能，带隙计算等方面进行了细致的研究工作。这些方面如能给予读者借鉴与参考，即是我们所期望的。

编写本书的目的是将我们多年来的研究成果进行系统总结，为进一步开发铜铟铝硒［Cu(InAl)Se2］太阳能电池的关键材料，研发太阳能电池提供借鉴；亦可以作为电子科学技术专业，光电、光伏材料专业，功能材料学专业的大学生、研究生和教师的研修参考资料。

由于作者水平有限，加之时间紧迫，书中不妥之处，恳请读者给予批评指正。

周丽梅2013年8月