本文關(guān)鍵詞：銅銦硒和銅銦鎵硒薄膜的制備及其能帶計(jì)算，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：銅銦硒薄膜太陽能電池具備高轉(zhuǎn)化效率、低制造成本和電池性能比較穩(wěn)定等優(yōu)勢,其吸收層CuInSe2是一種直接帶隙材料,禁帶寬度在1.04eV左右,比理想中的禁帶寬度1.5eV小。通過在CuInSe2中摻入一定量的Ga代替部分In元素,可以調(diào)整其禁帶寬度在1.04-1.7eV范圍變化,因此CuIn1-xGaxSe2薄膜太陽能電池成為目前可調(diào)帶隙高效薄膜太陽能電池最具發(fā)展前景的材料。首先,建立銅銦硒和摻雜不同Ga濃度的銅銦鎵硒的物理模型,然后在所建模型基礎(chǔ)上對薄膜的能帶帶隙進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算中使用了不同的贗勢,將所得計(jì)算結(jié)果與理論值進(jìn)行了比較,得出了一系列的結(jié)果。通過計(jì)算結(jié)果分析,本文所使用的計(jì)算方法得出的能帶帶隙比理論值小,在結(jié)果中還可以看出,隨著摻雜濃度的增加使用LDA贗勢和PBE贗勢的計(jì)算結(jié)果都呈現(xiàn)出了帶隙逐漸變大的趨勢,且符合摻雜濃度與帶隙經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線。旋涂～化學(xué)共還原法是制備銅銦硒光電薄膜的一種易操作、低成本的制備方法,本文使用旋涂～化學(xué)共還原方法制備了銅銦硒和摻雜不同Ga濃度的銅銦鎵硒薄膜。通過對比不同條件下制備CuInSe2薄膜的XRD圖譜以及SEM照片,分析比較了在相同的反應(yīng)溫度下改變反應(yīng)時(shí)間對制備CuInSe2薄膜的影響, 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出在相同的實(shí)驗(yàn)溫度下,增加反應(yīng)時(shí)間有利于目標(biāo)薄膜的結(jié)晶程度,并且使用能譜儀分析了薄膜元素含量,測試出薄膜中含有Cu、In和Se三種元素。實(shí)驗(yàn)中增加反應(yīng)次數(shù)比較反應(yīng)次數(shù)對制備CuInSe2薄膜的影響,得出增加反應(yīng)次數(shù)有利于薄膜的結(jié)晶,可以使薄膜更加致密,電導(dǎo)率更高,但是反應(yīng)次數(shù)越多估算的帶隙越小。使用外推法估算了CuInSe2薄膜的帶隙寬度約為1.2eV,比理論值1.04eV偏大。使用旋涂～共還原法制備了CuIn1-xGaxSe2薄膜,并且通過分析不同反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的薄膜XRD圖譜,得出了結(jié)晶程度較好的制備工藝在反應(yīng)溫度為200℃下反應(yīng)20h。通過觀察不同摻雜濃度CuIn1-xGaxSe2薄膜SEM照片可以看出,隨著摻雜濃度的逐漸增加,薄膜的表面形貌發(fā)生了變化,有由球狀晶體向棒狀轉(zhuǎn)換的趨勢。通過測試CuIn1-xGaxSe2薄膜電阻率,得出摻雜濃度對電阻率的影響不是特別明顯,隨著摻雜濃度的增加電阻率會出現(xiàn)微小的上升。使用可見分光光度計(jì)對CuIn1-xGaxSe2薄膜的吸光度進(jìn)行測試,并且利用測試所得數(shù)據(jù)估算出薄膜的帶隙變化,制備出的CuIn0.8Ga0.2Se2、CuIn0.6Ga0.4Se2、CuIn0.4Ga0.6Se2、CuIn0.2Ga0.7Se2和CuGaSe2薄膜的估算光學(xué)帶隙分別是通過估算結(jié)果看出,制備的薄膜帶隙值比理論值要大一些,但是符合摻雜變化規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：銅基硫族化合物 能帶帶隙 材料計(jì)算 密度泛函理論 薄膜材料 旋涂-化學(xué)共還原法 摻雜
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太陽能電池簡介11-12
• 1.2.1 太陽能電池工作原理11
• 1.2.2 太陽能電池的分類11-12
• 1.3 銅銦(鎵)硒薄膜簡介12-14
• 1.3.1 銅銦(鎵)硒薄膜電池研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 銅銦(鎵)硒薄膜制備方法13-14
• 1.4 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2能帶計(jì)算方法14-18
• 1.4.1 第一性原理簡介14-16
• 1.4.2 能帶計(jì)算方法16-18
• 1.5 研究思路與主要內(nèi)容18-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備19-23
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與過程19-20
• 2.2.1 基片處理20
• 2.2.2 配置前驅(qū)體溶液20
• 2.2.3 旋涂制膜20
• 2.2.4 薄膜熱處理20
• 2.3 測試儀器及計(jì)算軟件20-23
• 2.3.1 X射線衍射儀20-21
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡21
• 2.3.3 可見光分光光度計(jì)21
• 2.3.4 四探針測試儀21
• 2.3.5 計(jì)算軟件簡介21-23
• 第3章 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜的能帶計(jì)算23-40
• 3.1 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2的晶體結(jié)構(gòu)及物理模型23
• 3.2 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2的能帶計(jì)算細(xì)節(jié)23-26
• 3.2.1 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2的能帶計(jì)算INCAR文件設(shè)置24-25
• 3.2.2 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2的能帶計(jì)算KPOINTS文件設(shè)置25
• 3.2.3 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2的能帶計(jì)算POSCAR文件設(shè)置25
• 3.2.4 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2的能帶計(jì)算POTCAR文件設(shè)置25-26
• 3.3 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2的能帶計(jì)算結(jié)果討論26-39
• 3.3.1 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2的ENCUT收斂測試結(jié)果分析26-27
• 3.3.2 KPOINTS收斂測試結(jié)果分析27-29
• 3.3.3 晶格常數(shù)a和c計(jì)算結(jié)果29-34
• 3.3.4 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2能帶計(jì)算結(jié)果分析34-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 CuInSe_2薄膜的制備及表征40-52
• 4.1 CuInSe_2薄膜的制備40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論40-51
• 4.2.1 不同反應(yīng)時(shí)間對CuInSe_2薄膜的影響40-43
• 4.2.2 增加反應(yīng)次數(shù)對CuInSe_2薄膜的影響43-45
• 4.2.3 CuInSe_2薄膜電性能測試及結(jié)果分析45-48
• 4.2.4 CuInSe_2薄膜成分分析48
• 4.2.5 CuInSe_2薄膜能帶帶隙測量及分析48-51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 第5章 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜的制備與表征52-68
• 5.1 旋涂-化學(xué)共還原法制備CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜52
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析52-67
• 5.2.1 不同反應(yīng)時(shí)間制備CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜的XRD圖譜52-57
• 5.2.2 不同反應(yīng)溫度下制備CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜的XRD圖譜57-61
• 5.2.3 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜XRD圖譜對比61-62
• 5.2.4 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜電性能測試分析62
• 5.2.5 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜樣品形貌分析62-64
• 5.2.6 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜EDS成分分析64-65
• 5.2.7 CuIn_(1-x)Ga_xSe_2薄膜吸光度及帶隙測量分析65-67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 第6章 總結(jié)68-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況74

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