CIGS薄膜太阳能电池吸收层的非真空制备工艺研究进展

综述了CIGS薄膜非真空制备工艺的研究现状,主要包括电化学沉积法、纳米颗粒沉积法、化学反应法和其他方法,指出了其主要问题和发展方向。非真空制备工艺制备CIGS薄膜一般包括两个步骤:第一,利用各种非真空工艺制备出预制层薄膜;第二,对预制层进行退火处理结晶成CIGS薄膜。相对于真空制备工艺,非真空制备工艺制备CIGS薄膜可大大降低CIGS薄膜太阳能电池的生产成本,越来越多地受到研究者和厂商的关注。     

电沉积CIGS薄膜太阳电池的研究进展及现状

CIGS薄膜太阳电池以其优异的光电性能倍受研究者关注。简要介绍了CIGS薄膜的结构及其优异性能,着重阐述了电化学沉积法制备CIGS薄膜的反应原理与目前国内外电沉积法制备CIGS薄膜太阳电池研究的最新进展,并展望了CIGS太阳电池发展所面临的难题及将来研究的方向。     

CIS(CIGS)薄膜材料的研究进展

以CIS(CIGS)作为吸收层的太阳能电池因其诸多优异性能而成为最具潜力的第三代太阳能电池.首先介绍了CIS(CIGS)薄膜的性能与掺杂对电池的影响,讨论了多种薄膜沉积技术及其优缺点,重点介绍了几种低成本制备技术及其影响因素,最后阐述了CIS(CIGS)薄膜电池的发展情况,并展望了CIS(CIGS)电池的发展趋势.     

薄膜光伏材料铜铟镓硒的研究进展

综述了CuIn1-xGaxSe2(CIGS)的晶体结构、光学性质和电学性质,介绍了其禁带宽度、导电类型、吸收系数、晶界面复合速率和少子寿命等重要参数。重点介绍了利用磁控溅射系统制备CIGS薄膜的两种制备工艺:磁控溅射金属预制层硒化法和单步溅射法;综述了非真空制备工艺中常用的电化学沉积法。分析了CIGS现存问题:制备工艺复杂、成本高,稀有金属In、Ga的短缺;并提出了相应的解决措施及发展趋势。     

CuInSe2和Cu(In,Ga)Se2薄膜的制备进展

综述了CuInSe2 (CIS)和Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)薄膜的最新制备和研究进展,重点论述了几种制备方法如热蒸发、喷涂热解、电化学沉积、溶解-旋涂、高温液相合成等对相应薄膜的形貌、结构、成分以及所组成太阳能电池光电性能的影响,探讨了这类薄膜太阳能电池存在的问题,展望了今后的研究方向.     

分段恒电位电化学沉积法制备CuInSe2吸收层

采用分段恒电位电沉积法在FTO导电玻璃上制备了CuInSe2 (CIS)薄膜.通过线性电位扫描分析了阴极的电化学反应,并通过电化学沉积法制备了CIS薄膜.结果表明,恒电位电化学沉积的薄膜与CIS的化学计量比相差较大,增加溶液中铟离子的浓度,可以提高铟在镀层的含量,使薄膜更接近CIS化学计量比.而采用分段恒电位法沉积薄膜,可以抑制铜硒化合物的生长,使薄膜更接近于CIS化学计量比.     

周期换向脉冲电沉积-硒化法制备铜铟镓硒薄膜

采用周期换向脉冲电沉积法于Mo/玻璃及ITO/玻璃衬底上制备铜铟镓硒薄膜。Mo/玻璃或ITO/玻璃为工作电极,饱和甘汞(SCE)为参比电极,大面积铂片作为阳极构成三电极体系,以氯化铜,三氯化铟,三氯化镓和亚硒酸的水溶液为电解液,制备Cu-In-Ga-Se合金预制膜,随后在硒蒸气中进行硒化处理,得到了黄铜矿结构的CuInGaSe2(CIGS)薄膜.分别用SEM,XRD和UV-吸收分析了合金预制膜和CuInGaSe2薄膜的表面形貌、相组成及紫外-可见吸收特性。结果表明,周期换向脉冲电沉积法可以制备表面平整、均匀致密的Cu-In-Ga-Se合金薄膜;利用脉冲电压的占空比可以提高预制膜中的In元素的比例,且随着In含量的增加,CIGS薄膜的结晶性变好;适当延长硒化退火的时间,可以使薄膜晶粒大小均匀,减小内应力,使薄膜的光吸收率提高,以利于制备更高效率的CIGS薄膜太阳电池.     

CIS太阳电池材料的研究进展

综述了国内外太阳电池及其材料的发展概况.目前应用的光电转换材料主要有硅材料和化合物半导体材料,介绍了用这几类材料制作的太阳电池的特点,重点介绍了其光电转换效率.在薄膜电池材料中重点综述了铜铟硒(CIS)基薄膜太阳电池的研究进展.由于制约太阳电池发展的关键问题是制备成本高和转换效率低,提出了采用化学法制备CIS基薄膜材料及其梯度带隙,该方法将开辟高性能CIS基吸收层薄膜材料及其器件制备的低成本新途径.     

退火温度对铜铟镓硒薄膜电学性能的影响

使用磁控溅射铜铟镓硒(CuIn1-xGaxSe2,CIGS)四元陶瓷靶材制备沉积态预制膜,在240-550℃对预制膜进行退火处理,着重研究了退火温度对薄膜电学性能(载流子浓度及迁移率)的影响。结果表明:退火温度低于270℃时薄膜中存在CuSe低电阻相,CIGS薄膜的载流子浓度在1017-1019cm-3,迁移率在0.1 cm2·V-1·s-1左右,不适于作为太阳电池的吸收层;当退火温度高于410℃时薄膜中不存在CuSe相,薄膜具有10 cm2·V-1·s-1左右的较高迁移率,载流子浓度在1014-1017cm-3;退火温度高于410℃时,随着退火温度的升高薄膜晶粒长大,结晶性增强,此时薄膜内部缺陷减少,载流子浓度升高;对于用作太阳电池吸收层的CIGS,从载流子浓度及迁移率的角度评判,合适的退火温度区间为450-550℃。     

预制层结构成分对溅射后硒化制备CIGS薄膜的影响

采用磁控溅射法制备了不同结构成分的铜铟镓(CIG)预制层,对预制层进行硒化得到铜铟镓硒(CIGS)薄膜。采用XRD、SEM及EDS研究了CIG预制层的结构成分对CIGS薄膜的组织与结构的影响。结果表明,不同结构成分的CIG预制层经过硒化后得到的CIGS薄膜中各元素的成分比例差别不大;采用Ga浓度相对较高的CuGa靶制备的两层结构的CIG预制层经硒化后生成的CIGS薄膜,其(112)面择优取向比较明显,晶粒尺寸相对较大。     

聚(苯胺-邻六氟羟基苯胺)共聚物的合成及其性能表征

采用过硫酸铵作为引发剂,通过化学氧化聚合法制备了一系列可溶性的聚(苯胺-邻六氟羟基苯胺)(PAH)的共聚物。利用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氟谱(19F-NMR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、紫外光谱(UV)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等对共聚物的化学结构和形貌等进行了表征和分析。结果表明,邻六氟羟基苯胺(HAFIP)成功导入了共聚物主链中,共聚物的数均分子量Mn介于6.51×10~4与9.04×10~4之间。HAFIP的存在抑制了共聚物的醌式结构n→π*跃迁,随着共聚物中邻六氟羟基苯胺(HAFIP)摩尔分数的增大,共聚物形貌逐渐由纳米纤维向纳米颗粒变换。与聚苯胺难于溶解于一般有机溶剂不同的是,当邻六氟羟基苯胺(HAFIP)的摩尔分数超过0.5时,共聚物可以完全溶解于四氢呋喃、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺等有机溶剂中,表明HAFIP的导入,可以大幅改善聚苯胺的溶解性能,从而扩展聚苯胺的应用范围。     

Mn(C_2Cl_3O_2)Cl(C_(12)H_8N_2)_2的合成、表征及其纳米晶体参数计算

以Cl3CCOOH、1,10-菲罗啉为配体,以MnCl2·4H2O为金属离子盐,通过溶液蒸发法合成了具有纳米级金属骨架的三元配合物Mn(C2Cl3O2)Cl(C12H8N2)2。通过元素分析、红外光谱、X单晶衍射测得配合物属于单斜晶系,其空间群为P21/c,a=1.8155nm,b=1.0638nm,c=1.4685nm,β=112.9°,z=4,V=2.6110nm3。通过纳米化计算的方法,计算出总晶胞数、总原子数、及表面参数随粒径变化的关系,得出Mn(C2Cl3O2)Cl(C12H8N2)2最佳纳米化尺度为115nm。     

Ti(acac)2Cl2/AlEt2Cl(或AlEt2Cl-ZnCl2)催化剂催化丙烯腈聚合反应

研究了Ti(acac)2Cl2／AlEt2Cl催化丙烯腈聚合反应,分析了加入第三组分ZnCl2对聚合反应的影响,用^13C—NMR对聚合产物进行了表征,并探讨了聚合反应机理。结果表明,随着聚合温度的提高和聚合反应时间的增加,单体转化率增大,聚丙烯腈的分子量提高。当体系中n(AN)／n(Cat)超过一定量时,则得不到高聚物。体系中加入ZnCl2能明显提高单体转化率和产物分子量,并且产物的三单元规整结构含量明显增加。     

溶胶-凝胶法制备纳米TiO_2-ZrO_2/Poly(MMA-co-MSMA)复合材料

以钛酸异丙酯(Ti(OPri)4)、锆酸正丁酯(Zr(OC4H9)4)为无机前驱物原料,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MSMA)为偶联剂,通过原位溶胶-凝胶法成功制备了透明的纳米TiO2-ZrO2/Poly(MMA-co-MSMA)复合材料。通过红外(FTIR)、紫外(UV)、椭圆偏振光谱仪、扫描电镜(SEM)和热重分析仪(TGA)等手段对纳米复合材料进行了表征。研究发现,复合材料的折射率显著提高,随着TiO2-ZrO2无机氧化物含量的增加,633 nm处折射率从1.491升高到1.579。随着无机组分的增加,紫外吸收增强,复合材料中纳米粒子粒径增大,从20~30nm增加到80~90 nm,但复合材料块体始终保持透明。复合材料的热稳定性有明显提高,800℃最高残炭率随着无机物含量的增加而增大,最高达71%。     

Ni(OH)2晶型构造控制研究

采用氨络合沉淀法制备了Ｎｉ（ＯＨ）２微粒。基于Ｎｉ（ＯＨ）２的结构特征，考察了阴离子、氨浓度、反应陈化时间对Ｎｉ（ＯＨ）２的结构控制规律，并用负离子配位多面体生长基元理论对此进行解释，认为通过改变反应休 理论化学条件来改变有关生长长基元及其维度、连接方式是控制粉体结构的有效途径。     

以胶原纤维为模板制备介孔NaZr2(PO4)3

以胶原纤维为模板,首先将Zr(Ⅳ)负载在胶原纤维上,然后吸附磷,最后经高温煅烧除去胶原纤维模板制备了介孔磷酸锆钠(NaZr2(PO4)3,NZP).利用电感耦合等离子发散光谱仪(ICP)、X射线衍射仪(XRD)、场发射透射电镜(FETEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、N2吸附/脱附分析等对NZP进行了表征.结果表明,胶原纤维模板在800℃时即可完全去除,并形成介孔结构;当以磷酸二氢钠(NaH2PO4)为磷源、n(Zr)/n(P)=0.62时,经800℃煅烧得到了介孔率为97%的NZP.     

含铅氧空位对的PbWO4晶体光学性质及其偏振特性的模拟计算

利用完全势缀加平面波局域密度泛函近似,按照能量最低原理采用共轭梯度方法,对含铅氧空位对的PbWO4晶体进行结构优化处理。在此基础上,计算了含铅氧空位对的PbWO4晶体的电子结构、复数折射率、介电函数及吸收光谱的偏振特性,并与完整的PbWO4晶体进行了比较。结果表明PWO晶体中铅氧空位对的存在不会引起在可见和近紫外区域的吸收。     

放电等离子烧结Gd/Gd5Si2Ge2复合材料磁热效应研究

以高纯钆和Gd5Si2Ge2合金为原料,采用放电等离子烧结技术制备了两组元Gdx(Gd5Si2Ge2)1-x(x=0,0.33,0.5,0.7,1)层状复合磁制冷材料.通过自制的磁热效应测量仪器直接测量了复合材料在外加磁场1.5 T下的磁热效应(ΔTad).随着复合比例的变化,材料的最大绝热温变(ΔTad)从x=0.3时的1.6 K增加到x=0.7时的2.0 K,而最大绝热温变峰的位置从286K变到了293 K.同时,与单组元的Gd5Si2Ge2合金相比,随着钆的含量增加时,复合材料的最大绝热温变峰变宽.当x=0.7时,层状复合磁制冷材料在外加磁场1.5 T下的最大绝热温变(ΔT)在260-310K范围里从1.1 K变到2.0 K,这种材料非常适合作为室温磁制冷材料.     

纳米片钠铝石结构KAl(OH)2CO3的水热合成

用水热法制备出了纳米级粒径的纤维状KAl(OH)2CO3,并研究了不同水热反应条件对KAl(OH)2CO3的形成、颗粒度以及形态的影响.研究表明,不同条件下合成的晶粒均呈纤维状,随着温度的升高,长度和粒径均有所增大.在120℃制备得到的纤维平均直径为30nm,且分布均匀;KHCO3和Al(OH)3之比对KAl(OH)2CO3的形貌有显著的影响,KHCO3用量越大,晶粒直径越细;随着介质碱性的增强,晶粒直径在pH为9.5时出现极小值,且粉体的均匀性最好.在特定的反应体系中,当反应时间达到2h后,合成反应基本达到平衡,进一步延长合成时间对粉体的形貌和颗粒尺寸没有明显的影响.