论文部分内容阅读
基于太阳能的综合利用，系统地阐述了太阳能电池的发展历史，及太阳能电池的材料、结构、发展状况和存在的问题等，提出了用铜铟硫(CuInS2)敏化二氧化钛(TiO2)研究太阳能电池的思路。
TiO2是一种廉价、安全、应用范围广的太阳能电池材料，但由于禁带宽度较大(3.2eV)，只能吸收太阳光中的紫外部分，导致其转化效率较低，因此要对其进行敏化，达到提高转化效率的目的。采用有机染料敏化TiO2太阳能电池，自1991年以来一直是太阳能研究领域的一个热点，但有机染料存在成本高、寿命短、性能不稳定等缺点。因此，采用无机半导体敏化剂取代有机染料已成为太阳能电池的一个新的研究领域。
CuInS2是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2型无机三元半导体化合物，吸收系数较大，约为104～105cm-1，是直接带隙的半导体，禁带宽度为1.50eV，接近太阳能电池材料的最佳禁带宽度(1.45eV)。与CuInSe2相比，CuInS2不含任何有毒的成分，是一种非常具有发展前途的太阳能电池材料。但目前存在的问题主要是制备CuInS2的工艺路线复杂，成本较高，阻碍了CuInS2太阳能电池向实用化发展。因此，急需一种简便易行且成本低的方法。
论文基于上述原因，围绕三元合金Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物半导体CuInS2的可控合成与表征等方面开展了相关研究工作。
论文研究共分为三个部分：一是研究采用溶剂热法制备的CuInS2粉体颗粒；二是研究采用连续离子层反应法(SILAR)制备的CuInS2薄膜；三是研究CuInS2粉体颗粒敏化的TiO2光电极。并采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线能谱(EDS)、透射电镜(TEM)、电子衍射图谱(SAED)、紫外可见光谱(UV-vis)等测试手法对样品进行了表征。
用溶剂热法制备了形貌尺寸可控的CuInS2粉体颗粒，并研究了不同溶剂、反应物配比、反应温度、反应时间、填充度、pH值及表面活性剂对CuInS2的影响。用该方法制备CuInS2粉体的合适工艺参数为：以无水乙醇为溶剂，反应物配比为Cu：In：S=1：1：4，反应温度为150℃，反应时间为6h，填充度为80％，添加的表面活性剂为PVP。
采用SILAR制备的CuInS2薄膜基本能满足太阳能电池吸收层材料的要求。但由于薄膜在常规条件下制备，无惰性气体的保护，在循环过程中很容易被空气氧化，且薄膜表面平整度较差，存在部分缺陷，导致禁带宽度变大。
用CuInS2粉体颗粒敏化后的TiO2光阳极材料吸收明显高于未敏化的，且其吸收边红移至800nm左右，可吸收大部分的可见光。不同尺寸的CuInS2粉体颗粒敏化后的光阳极材料禁带宽度为1.54～1.72eV，可满足太阳能电池材料的需要。但其转换效率较低，有待进一步研究。