cuinse2tio2复合薄膜的光电性质分析word格式论文.docxVIP

摘 要CIS(CuInSe2)是一种典型的多元化合物，CIS 薄膜太阳能电池以其吸收系数高，成 本低，柔性好，转换效率高等优点而备受广泛的关注。目前共蒸发法制备的 CIS(CuInSe2) 薄膜太阳能电池效率达到 17.1%，但是对其元素配比要求较高，这对制备过程要求较为 苛刻。有研究小组通过化学喷涂法制备了 CuIn(S2/Se2) 与 TiO2 的复合薄膜，优点主要有 以下两点：(1) CIS 是一种 p 型半导体，TiO2 是一种 n 型半导体，这种 pn 结的引入可以 促进光生电子-空穴对的分离。(2) CIS 与 TiO2 复合后降低了对 CIS 元素配比的要求，从 而简化制备工艺，节约成本。但是由于 TiO2 颗粒层的阻挡，CIS 与 TiO2 纳米颗粒层不 能很好的接触，增加光生电子-空穴对的复合，阻碍了复合薄膜的光电性质的提高。所 以需要改进制备方法和优化表面界面态，电化学沉积方法能够降低 CIS 制备工艺并将 p 型 CIS 充分的填充于 n 型 TiO2 纳米棒阵列间隙，形成接触紧密的核壳结构。这里我们 通过水热法在 FTO 基底上制备了 TiO2 纳米棒阵列薄膜，采用一步电化学沉积方法在 n 型 TiO2 纳米棒阵列间隙填充 p 型 CIS 纳米颗粒。研究 CIS 化学计量比、纳米颗粒层厚 度和 TiO2 纳米棒阵列密度对复合薄膜光电性能的影响，这将对于 TiO2 纳米棒阵列 3D 异质结太阳能电池意义深远.基于以上考虑，本文主要开展了以下三方面的研究工作：(1) 采用水热法在 FTO 导电基底上，180 度 8h 生长垂直于基底的 TiO2 纳米棒阵列， 并用一步电化学沉积方法，将 P 型 CIS 层沉积在 TiO2 纳米棒阵列基底上形成核壳结构 的 CIS/TiO2 纳米棒阵列 pn 结复合薄膜，利用 X 射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、稳态表面光电压（SPV）对 CIS/TiO2 复合薄膜及 TiO2 纳米棒阵列的晶体结构、 形貌及光电性质进行了表征和分析。实验结果表明：退火处理后，CIS/TiO2 纳米棒阵列 复合薄膜的结晶性良好；扫描电子显微镜数据显示 p 型 CIS 层和 n 型 TiO2 纳米棒阵列 形成了很好的核壳复合结构；稳态表面光电压数据说明，CIS/TiO2 纳米棒阵列复合薄膜 较于 CIS/TiO2 纳米颗粒层及 CIS/FTO 薄膜光电性质大幅增强。场调制表面光电压证实 了 CIS 与 TiO2 之间形成了 pn 结，从而促进光生电子由 CIS 向 TiO2 的注入。(2) 在电化学沉积过程中，p 型 CIS 颗粒不断的沉积在 TiO2 阵列间隙,通过调节电 化学沉积时间来控制复合薄膜中 CIS 厚度，通过实验对比讨论了复合薄膜的表面光电压 增强原因。(3) 通过控制 TiO2 纳米棒阵列生长溶液中的钛源的含量来控制 TiO2 纳米棒在 FTO 基底上的生长密度，在不同密度的 TiO2 纳米棒阵列基底上电沉积 CIS 时间均为 30min 形成 CIS/TiO2 复合薄膜，分别用扫描电子显微镜(SEM)、稳态表面光电压（SPV）、紫外-可见吸收做表征，以研究 TiO2 纳米棒密度对复合薄膜光电性能的影响。实验结果显示： 随着 TiO2 纳米棒密度的增加，复合薄膜的光电性质逐渐增强。这说明 pn 结在光生电子-空穴对分离上起到决定性的作用。关键词：CIS/TiO2，电化学沉积，表面光电压ABSTRACTCIS is a kind of typical multi-compounds, and CIS thin film solar cell with CIS thin film solar cell has caught worldwide attention by its high absorption coefficient, low cost, good flexibility and higher conversion efficiency. Efficiency of the CIS thin film solar cell with evaporation preparation has reached 17.1%. the preparation process of the system requirements are more demanding. However, a team prepared CuIn (S2/Se2) and the TiO2 by chemical Spraying method, which has the biggest advantage: (1) CIS is a P type semiconductor, a