基于刮涂法制备锂掺杂柔性铜锌锡硫硒薄膜太阳电池（英文）

锂掺杂有利于提高铜锌锡硫硒薄膜太阳电池的性能.然而,传统旋涂含锂前驱体溶液的掺杂策略在前驱膜的逐层沉积过程中,由于锂的再溶解而导致大量的锂流失.在本工作中,我们通过刮涂法在柔性钼箔衬底上制备了铜锌锡硫硒薄膜,实现锂的有效掺杂,并进一步研究了锂掺杂对器件性能的影响.随着锂掺杂含量的增加,吸收层晶粒尺寸变大,这可能与硒化过程中锂–硒液相的形成有关.而且,锂可以进入铜锌锡硫硒晶格中,并在吸收层的表面积累,从而钝化缺陷,提升p–n结质量.因此,适量的锂掺杂可以提高器件的性能.此外,本工作探索了锂–钠共掺的影响.有趣的是,与Li-10%样品相比,钠元素的引入增强了吸收层拉曼光谱在328 cm^-1处硫的振动信号. 10%锂钠共掺可将柔性Cu₂ZnSn(S,Se)₄薄膜太阳电池的效率进一步从6.62%提高到7.59%.本工作提供了一种基于刮涂法、简单有效的锂掺杂策略,并证明了锂–钠共掺存在相互作用机制.     

简单的溶胶–凝胶法制备致密的铜锌锡硫硒薄膜

采用溶胶–凝胶后硒化法制备了铜锌锡硫硒薄膜, 其薄膜表面平整、无裂纹。通过简化铜锌锡硫前驱体溶胶的制备以及后退火时避免使用硫化氢气体（H₂S）等方法使铜锌锡硫硒薄膜的制备工艺得到简化。选用低毒有机物乙二醇为溶剂,Cu(CH₃COO)₂、Zn(CH₃COO)₂、SnCl₂•2H₂O和硫脲为原料, 制备铜锌锡硫前驱体溶胶。XRD、Raman、EDX和SEM 分析表明制备的铜锌锡硫硒薄膜为锌黄锡矿结构, 所有薄膜均贫铜富锌, 用0.2 g硒粉、硒化20 min得到的铜锌锡硫硒薄膜其结晶较好, 表面晶粒可达1.0 μm左右。透射光谱分析结果表明, 随硒含量的增加, 铜锌锡硫硒薄膜的光学带隙从1.51 eV减小到1.14 eV。     

CZTSSe薄膜的直接溶液涂膜制备方法研究进展

直接溶液涂膜法制备铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜具有元素配比易于控制、高材料利用率以及易于大面积制备等潜在优点,是一种极具应用前景的非真空制备方法。综述了铜锌锡硫硒薄膜直接溶液涂膜法的特点,从形貌、杂质残留以及物相等方面回顾了近年来浆料法、溶胶-凝胶法、有机溶液法以及联氨溶液法的薄膜制备现状,分析了不同溶液体系的各自反应机制,讨论了溶液体系对薄膜制备的影响。对于浆料法,由于是通过纳米颗粒原料高温烧结制备薄膜,存在着致密性和晶粒尺寸难以改善以及杂相难以抑制等问题;溶胶-凝胶法和有机溶液法所使用的有机物会妨碍物相转化并导致杂质残留。     

铜铟镓硒太阳能电池性能提升方法

铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池具有转换效率高、生产成本低、不衰退和污染小等优点,是很有前景的新型薄膜太阳能电池,其实验室测试光电转换效率已达23.35％.探究CIGS的光电转化机制和器件性能的提升方法对推动光伏产业的发展具有重要意义.本文综合分析了CIGS的发展历程、原理、结构和提升其性能的主要技术途径.重点介绍了:(1)NaF?PDT、KF?PDT、RbF?PDT和Cs?PDT等多种碱金属的后沉积处理技术的发展;(2)采用Zn(O,S)、ZnS、(Zn,Mg)O等无镉缓冲层材料替代CdS缓冲层进行缓冲层结构优化;(3)利用双层或三层Mo背电极来解决Mo表面缺陷问题;(4)在氧化锌中掺杂其他元素(如用铝、氯或硼代替锌的阳离子掺杂)来提高导电性,进而优化窗口层.进而分析了CIGS太阳能电池的光电转化机制和影响因素,以及基于理论优化工艺技术路线方法.最后,讨论了CIGS薄膜太阳能电池相关技术的发展趋势.     

钾掺杂对柔性CZTSSe薄膜及其太阳电池性能的影响北大核心CSCD

本文采用磁控溅射加后续硒化的方法制备柔性CZTSSe薄膜,通过向硒化气氛中引入钾元素实现了钾的有效掺杂。研究了钾掺杂量对柔性CZTSSe薄膜和电池性能的影响。X射线衍射和Raman结果表明适量掺入钾元素可以显著提高CZTSSe薄膜的(112)择优取向,增大晶粒尺寸,但钾元素掺杂量过高时又会使晶粒尺寸变小降低薄膜结晶性。另外钾元素的掺入也会改变CZTSSe/Cd S间能带匹配情况,少量的钾元素掺杂对CZTSSe/Cd S间导带失调值(CBO)影响不大,过量掺入钾元素则会明显增大CZTSSe/Cd S间的CBO绝对值,进而降低柔性CZTSSe太阳电池转换效率。发现钾元素掺杂量为1. 0μmol时,所制备的柔性CZTSSe薄膜平均晶粒尺寸超过1μm,且具有很强的(112)择优取向;制作的CZTSSe/Cd S具有最佳的CBO数值,相应柔性太阳电池的最高值转换效率为3. 06%。     

溶胶-凝胶法制备铜锌锡硫薄膜及其太阳能电池的研究进展

原料丰富价廉的铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4,CZTS)材料与非真空、低成本绿色溶胶-凝胶法相结合在产业化制造高性价比CZTS薄膜太阳能电池方面的应用引人关注。为了了解未来发展方向,综述了溶胶-凝胶法制备CZTS薄膜与器件的研究进展,讨论了不同溶胶-凝胶工艺途径、不同溶剂、硫化等对CZTS薄膜制备与器件特性的影响,分析了Na掺杂及硫化退火对CZTS薄膜的作用,并结合绿色制造的要求探讨了其发展趋势。     

电沉积法制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的研究进展

直接禁带半导体材料铜锌锡硫(CZTS)四元硫化物是近年来研究较多的具有锌黄锡矿结构的化合物半导体,由于其光吸收系数较高,禁带宽度适中,是太阳能电池理想的候选材料,使其在薄膜太阳能电池中迅速崛起。由于目前报道的最高转换效率距离其理论转换效率还存在相当差距,因此,研究CZTS(Se)四元硫(硒)化物半导体仍然是当前的研究热点之一。简单介绍了CZTS薄膜太阳能电池的结构组成,并详细介绍了3种主要制备CZTS薄膜的电沉积方法,即分步沉积Cu/Sn/Zn金属层、连续沉积Cu-Zn-Sn金属层、一步沉积Cu-Zn-Sn-S(Se)制备CZTS薄膜太阳能电池吸收层的电化学技术及相应器件,对其研究进展进行了综述,指出了相应方法存在的问题。还将3种电沉积方法进行了分析比较,提出了优化方法,展望了未来的发展趋势。     

CZTS薄膜太阳能电池无镉缓冲层材料的研究进展

Cu(In,Ga) Se_2(CIGS)薄膜太阳能电池是单结转换效率最高(～22. 6%)的光伏器件,但In、Ga是稀缺元素,从而限制了CIGS电池的产业化。新型材料Cu_2ZnSnS_4(CZTS)是结构与光电性能均与CIGS十分相似的直接带隙半导体材料,它在CIGS器件结构中可替代CIGS吸收层,并得到新型CZTS薄膜太阳能电池。与CIGS相反,CZTS的原料丰富、无毒。大量研究表明,CZTS薄膜太阳能电池具有较高的转换效率和良好的稳定性,且可采用低成本、非真空的溶液法薄膜沉积技术来制造,因此CZTS器件是一种低成本、环境友好、极具产业化前景的薄膜太阳能电池。CZTS器件具有与CIGS器件一样的堆层结构{SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/n-ZnO},目前转换效率最高(～12. 6%)的CZTS器件仍沿用CIGS器件的CdS缓冲层,因而大规模生产与应用中存在高毒重金属镉污染的危险,寻找能替代CdS的无镉缓冲层材料来消除潜在的镉污染问题十分必要。此外,与高效率的{CIGS/CdS}器件相比,{CZTS/CdS}器件界面的能带匹配可能并不是最优,CZTS器件的转换效率还远不如CIGS器件,因此需要寻找新的无镉缓冲层材料。在确定新缓冲层材料时,必须考虑{CZTS/新缓冲层}界面的能级对齐效应。CIGS和CZTS器件的缓冲层新材料基本上可归纳为3种半导体材料:硫化物、硫氧化物、氧化物。这些材料的薄膜均可用化学浴(CBD)法等多种方法来制备。材料选取很大程度上取决于其与CZTS或CIGS吸收层接触所形成界面上的导带带阶情况,因为导带带阶对器件性能参数有很大的影响。大的正导带带阶(尖刺状带阶)对少子(电子)收集存在一个势垒而降低短路电流密度J_(sc);相反,负导带带阶(断崖状带阶)导致缓冲层与吸收层界面上的复合增大而降低了开路电压V_(oc);理想情况是器件有一个小(0～0. 4 eV)的正导带带阶(尖刺状带阶),正如在使用CdS缓冲层的CIGSSe器件中所发现的那样。为了研发低成本、环境友好的CZTS电池器件的新型缓冲层材料,本文综述了CZTS和CIGS器件的无镉缓冲层材料的研究进展,讨论了无镉缓冲层材料的选用条件,以及多种硫化物(如ZnS和In_2S_3)、硫氧化物(如Zn(S,O)和In(S,O,OH))、氧化物(如ZnO、TiO_2、Zn_(1-x)Mg_xO_y和Zn_(1-x)Sn_xO_y等)薄膜作为CZTS缓冲层的性能特点(特别是它们的导带带阶)以及存在的问题,探讨了其发展方向。对于含硒CZTSSe器件,In2S3、Zn(S,O)是良好的无镉缓冲层材料,而对于更环保、低成本的全硫CZTS器件,Zn_(1-x)Mg_xO_y和Zn_(1-x)Sn_xO_y可提供良好性能的缓冲层。     

钾掺杂对柔性CZTSSe薄膜及其太阳电池性能的影响

本文采用磁控溅射加后续硒化的方法制备柔性CZTSSe薄膜,通过向硒化气氛中引入钾元素实现了钾的有效掺杂。研究了钾掺杂量对柔性CZTSSe薄膜和电池性能的影响。X射线衍射和Raman结果表明适量掺入钾元素可以显著提高CZTSSe薄膜的(112)择优取向,增大晶粒尺寸,但钾元素掺杂量过高时又会使晶粒尺寸变小降低薄膜结晶性。另外钾元素的掺入也会改变CZTSSe/Cd S间能带匹配情况,少量的钾元素掺杂对CZTSSe/Cd S间导带失调值(CBO)影响不大,过量掺入钾元素则会明显增大CZTSSe/Cd S间的CBO绝对值,进而降低柔性CZTSSe太阳电池转换效率。发现钾元素掺杂量为1. 0μmol时,所制备的柔性CZTSSe薄膜平均晶粒尺寸超过1μm,且具有很强的(112)择优取向;制作的CZTSSe/Cd S具有最佳的CBO数值,相应柔性太阳电池的最高值转换效率为3. 06%。     

溶胶-凝胶法制备铜锌锡硫材料的研究进展

四元硫化物铜锌锡硫(CZTS)是一种新型薄膜太阳电池材料,具有锌黄锡矿结构,呈p型导电性,带隙约为1.5eV,光学吸收系数高于10~4cm~(-1),这些特性与太阳光谱相匹配。基于上述原因,CZTS薄膜是一种有望能低成本、可规模化开发利用的新型薄膜太阳电池材料。简要阐述了CZTS性质及其薄膜太阳能电池的器件结构,详细介绍了溶胶-凝胶方法制备CZTS薄膜及其相应器件效率的研究进展。最后,总结了此方法制备CZTS薄膜及其相关电池性能难以突破的关键技术问题,并提出了有效的改进措施,对CZTS薄膜太阳电池未来的研究进行了展望。     

铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展现状以及应用前景

首先介绍了铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构、性能特点以及目前在研究和生产过程中电池的制备方法和工艺;着重阐述了工业发达国家以及相应大公司在铜铟镓硒薄膜太阳能电池方面最新进展以及发展趋势,特别介绍了一些太阳能电池的实验室样品和组件的最高光电转化效率.也对国内在此方面的研究做了简要介绍.文中最后探讨了我国发展铜铟镓硒太阳能电池的可行性和产业化前景.     

铜锌锡硫薄膜太阳电池及其研究进展

近些年,人们越来越关注太阳辐射的光伏利用。光伏发电技术在迅猛发展,薄膜太阳电池从占有主导地位的硅晶片技术中抢占了一定的市场份额。其中铜锌锡硫薄膜太阳电池因具有低成本、高的光电转化效率和吸收系数、合适的禁带宽度和环境友好等优点成为近年来薄膜太阳电池研究的热点。本文阐述了铜锌锡硫薄膜太阳电池的器件结构和性能特点,介绍了铜锌锡硫薄膜太阳电池的制备方法和研究进展,并对今后主要的发展方向进行了展望。     

黑龙江省翠宏山铁多金属矿床伴生分散元素硒的赋存特征

矿床位于黑龙江省小兴安岭-张广才岭铁多金属成矿带翠宏山-二股铁及有色金属成矿亚带北段,矿床内具工业意义的主金属有铁、钼、钨、锌、铅、铜、锡;分散元素有硒、铟、镉。本文重点论述分散元素硒的富集与赋存状态,硒的主要载体是辉钼矿和闪锌矿。     

铜铟硫三元量子点的合成及在生物领域的应用

量子点(quantum dots,QDs)是一种尺寸在1～10 nm的半导体纳米晶体,具有特殊的光、电、磁学性质,在定量分析、生物医学、太阳能电池等领域前景巨大.其中铜铟硫(CuInS2)三元QDs因其不含毒性重金属元素镉或铅,且荧光性质稳定,从而被认为是一种理想的绿色环保型荧光纳米材料.详细介绍了CuInS2三元QD...     

新型铜硫系薄膜太阳能电池材料制备的研究进展

薄膜太阳能电池提供了低成本、大面积的无碳发电应用前景，迅猛发展的纳米科技为高转换效率薄膜太阳能电池的低成本制造提供了新途径。新型铜硫系半导体Cu。ZnSnS4（CZTS）薄膜材料具有禁带宽度与太阳辐射匹配性好、光吸收系数大、元素丰度大、价格便宜、无毒等优点，因此将成为最具发展前景的薄膜太阳能电池材料。讨论与分析了CZT...     

铜锌锡硫硒薄膜太阳电池中有希望的无镉双缓层

Zn(O,S)薄膜由于低成本和生态友好的特性而被广泛用作锌黄锡矿薄膜太阳能电池的无镉缓冲层.但是Zn(O,S)缓冲层的载流子浓度和电导率较低,这将会导致器件性能的降低.在这项工作中,我们引入了一层额外的In2S3缓冲层,并通过后退火处理来改进Zn(O,S)层以及CZTSSe层的属性.经过退火处理后,我们发现Zn(O,S...     

水热制备锌、硅、镁、铁等元素掺杂羟基磷灰石及其表征

微量元素掺杂是赋予羟基磷灰石材料更多生物学功能的一条有效途径, 但不同元素的掺杂行为尚待进一步揭示。本研究使用并行水热合成方式, 制备分别含有锌、硅、镁、铁、锰、铜、锶、硒、钴的9种羟基磷灰石粒子, 并对其物理化学特性进行研究。结果表明, 元素掺杂显著改变了羟基磷灰石粒子的形貌和晶体生长方向, 但不改变其物相组成和官能团。晶体的(211)和(112)晶面衍射峰的强度均降低, 结晶度下降。元素实际掺杂效率分析结果显示锰>锌>镁>铁(三价)>锶>钴>铜>硒>硅, 与元素的离子半径大小相关。锰、锌、镁三种元素掺杂量较高, 因其离子半径与其替代的钙离子接近。铜元素掺杂效率较低是由于其在合成溶液中与氨产生络合作用, 硅元素和硒元素则因几何结构和电荷(SiO₃^2-、SeO₃^2-/PO₄^3-)差异导致掺杂率低。本研究揭示了掺杂行为与离子特性之间的联系, 为功能化羟基磷灰石的设计和开发提供有益的参考基础。     

铜锌锡硫纳米粉体材料的合成与性能表征

采用固相反应法合成了含有铜锌锡硫相的纳米粉体材料;利用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、显微拉曼光谱仪对样品的组成比和相结构进行表征,利用透射电子显微镜和紫外-可见-近红外分光光度计对样品的形貌和光学性能进行表征分析。结果表明,所得样品的XRD衍射峰与JCPDS卡片号为26-0575的峰值一一对应,证明了在不同烧结温度下制成的样品中均含有铜锌锡硫相,在烧结温度高于500℃时,制得样品为纯的铜锌锡硫相。所得样品的衍射峰强度以及晶粒尺寸受烧结温度的影响,样品的原子比Cu/(Zn+Sn)接近1,符合材料的化学计量组成的要求,而且薄膜的略微富铜或贫铜与烧结温度无关,主要由实验的随机误差造成。各样品的Zn/Sn值均约等于1,随烧结温度升高呈下降趋势。所制得铜锌锡硫对可见光有明显的吸收,利用外延法推算得到禁带宽度约为1.51eV。该材料可用来压制铜锌锡硫靶材,为磁控溅射铜锌锡硫薄膜奠定基础。     

原子层沉积技术在新型太阳能电池中的应用

原子层沉积技术(ALD)是一项正处于发展之中、在许多领域具有巨大应用前景的新型材料制备技术,该技术在纳米结构和纳米复合结构的制备方面显示出独特的优势,在新型薄膜太阳能电池领域呈现出巨大的发展潜力和前景。首先概述了ALD技术的工作原理,简要介绍了近几年ALD技术在硅基太阳能电池和铜铟镓硒薄膜电池(CIGS)中的应用,然后重点综述了原子层沉积纳米功能薄膜在染料敏化太阳能电池(DSSCs)和有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)为代表的新型薄膜太阳能电池中的应用。最后,总结了原子层沉积功能薄膜的特点和优势,展望了ALD在新能源材料与器件领域的应用前景和发展趋势。     

新型铜硫系薄膜太阳能电池材料制备的研究进展

薄膜太阳能电池提供了低成本、大面积的无碳发电应用前景,迅猛发展的纳米科技为高转换效率薄膜太阳能电池的低成本制造提供了新途径。新型铜硫系半导体Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜材料具有禁带宽度与太阳辐射匹配性好、光吸收系数大、元素丰度大、价格便宜、无毒等优点,因此将成为最具发展前景的薄膜太阳能电池材料。讨论与分析了CZTS薄膜和纳米晶材料的制备及由这些材料制备绿色、低成本、高效率新型太阳能电池的研究进展。