离子液体中电沉积-硫化制备铜铟硫薄膜材料

admin · 发表于 2023-10-8 21:33:23

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随着全球石油资源日益紧缺，太阳能作为一种重要的可再生能源逐渐成为人们关注的焦点。太阳能电池是太阳能利用研究领域中最重要的发展方向之一。过去的几十年，全球光伏产业发展迅速。目前，占市场份额90%以上的是晶体硅太阳能电池，但由于高纯硅原材料价格较高，影响了其进一步大规模应用。近年来，薄膜太阳电池由于具有低成本、高性能等优点而引起人们的广泛关注。CuInS2是一种直接带隙半导体材料，具有吸收系数高、光电转化效率高、带隙可调、性能稳定等优点，因此被认为是最具有发展前景的第三代太阳能电池之一。本文采用离子液体中电沉积-硫化方法，探索研究在低温、非真空条件下实现低成本、大面积制备CuInS2薄膜的技术。实验分电沉积和高温硫化两部分。首先研究以离子液体Reline为电解质，恒电位电沉积Cu-In合金。结果表明，在该离子液体中，以无水CuCl2、InCl3为溶质，沉积的电位为-1.25V，控制合适的反应条件，可以在电极表面沉积得到接近理想化学计量比1:1的Cu-In合金薄膜。考查了CuCl5和InCl5在Reline离子液体中的电化学行为，出现两组氧化还原峰。随着扫描速率的增加，还原峰电位负移，表明电沉积Cu、In的过程是不可逆的电极反应过程。随着沉积温度的增加，还原峰电位和氧化峰电位向正方向移动，氧化和还原峰电流迅速增加。不同的溶质浓度配比、沉积电位、沉积时间对Cu-In薄膜均有影响。随着溶液中铜含量的增加，基底上铜的的含量也增大；随着沉积电位逐渐变负，基底上In的含量开始增加；沉积时间的增大时，Cu-In薄膜表面变得更加致密。在沉积30min时，Cu-In薄膜表面致密程度较好。其次研究了在高温下固态硫化Cu-In合金预制膜制成CuInS2薄膜的制备工艺，并考察硫化温度对CuInS2薄膜的组成、表面形貌和成分的影响。结果表明，随着硫化温度的升高，薄膜表面晶体颗粒逐渐增大聚集。不同的硫化温度下，薄膜均有CuInS2相生成，并且具有在(112)面择优生长的趋势。在硫化温度500℃时，制备出的CuInS2薄膜晶粒直径约0.1-0.2μm，表面形貌均匀致密，同时Cu、In、S的原子百分比接近CuInS2的理想化学计量比，比较优良。

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