發(fā)布時間：2017-07-26 18:38

  本文關(guān)鍵詞：電沉積銅鋅錫硒溶液穩(wěn)定性的研究

  更多相關(guān)文章： 銅鋅錫硒 電沉積 檸檬酸-酒石酸 焦磷酸 薄膜電池

【摘要】：銅鋅錫硫(硒)(Cu_2ZnSnS_4(Se_4),CZTSS)薄膜太陽電池,具有原材料儲備豐富、無毒性、高吸收系數(shù)、帶隙可調(diào)、衰退小等特點,具有很大的發(fā)展前景。非真空制備工藝——電化學沉積法,以其原材料利用率高,低成本等特點成為制備CZTS薄膜電池的重要研究方向之一。目前電沉積法制備CZTS溶液穩(wěn)定性差、薄膜成分比例調(diào)控困難,是影響其電池轉(zhuǎn)換效率和限制其規(guī)�；a(chǎn)的主要問題。本文主要針對電沉積制備Cu-Zn-Sn金屬預(yù)制層溶液穩(wěn)定性問題開展研究,通過對溶液中各物質(zhì)的反應(yīng)機理、電沉積機理分析以及實驗驗證,改善了Cu-Zn-Sn金屬預(yù)制層溶液的穩(wěn)定性。本文首先研究溶液的穩(wěn)定性,主要配位劑為檸檬酸-酒石酸和焦磷酸。通過理論計算,pH等于5時檸檬酸、酒石酸與Cu、Zn、Sn反應(yīng)生成螯合物,[(Xcit)Tar]~4-,X=Cu、Zn、Sn,此時溶液最為穩(wěn)定。采用循環(huán)伏安法分析溶液中的Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Sn(Ⅱ)的反應(yīng)機理,證實二元溶液形成了Cu-Zn、Cu-Sn和Zn-Sn的氧化峰。然后利用循環(huán)伏安法和分光光度法發(fā)現(xiàn),隨著擱置天數(shù)的增加檸檬酸濃度越高,溶液的吸光度和氧化峰位變化越小,證實了檸檬酸濃度越高,溶液相對越穩(wěn)定。對焦磷酸體系理論計算得到,在pH等于8時焦磷酸與Cu、Zn、Sn配位成[X(P_2O_7)_2]~6-,X=Cu、Zn、Sn,此時溶液最為穩(wěn)定。先對Cu、Zn、Sn單元、二元混合溶液進行循環(huán)伏安掃描,證實二元溶液形成CuZn和ZnSn氧化峰。然后通過對Cu-Zn-Sn溶液進行多天的循環(huán)伏安掃描和分光光度實驗,發(fā)現(xiàn)三天內(nèi),焦磷酸體系的氧化峰位和吸光度變化較小,溶液較為穩(wěn)定。通過不斷添加焦磷酸對實驗進行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)溶液的吸光度在9天內(nèi)變化很小,溶液穩(wěn)定性得到改善。采用兩種不同溶液體系,分別沉積合金預(yù)制層。采用兩者預(yù)置層的附著力均不錯,焦磷酸體系沉積的預(yù)置層,其致密性,粗糙度優(yōu)于檸檬酸體系。預(yù)置層的晶相均為Sn和Cu_5Zn_8。進行硒化處理,制成銅鋅錫硒薄膜電池,轉(zhuǎn)換效率分別為4.01%和4.37%。
【關(guān)鍵詞】：銅鋅錫硒 電沉積 檸檬酸-酒石酸 焦磷酸 薄膜電池
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ153;TM914.42
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 太陽電池的研究意義9
• 1.2 太陽電池發(fā)展及其工作原理9-12
• 1.2.1 太陽電池的發(fā)展歷史9-10
• 1.2.2 太陽電池工作原理10-12
• 1.3 銅鋅錫硒薄膜材料及其制備方法12-14
• 1.3.1 銅鋅錫硒的特性12-13
• 1.3.2 銅鋅錫硒的制備13-14
• 1.4 電沉積制備銅鋅錫硒薄膜14-16
• 1.4.1 電沉積技術(shù)發(fā)展14-15
• 1.4.2 電沉積制備CZTS15-16
• 1.4.3 銅鋅錫硒制備工藝選擇及存在的問題16
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第二章 電化學實驗方法，，測試原理及表征手段18-24
• 2.1 實驗方法18-20
• 2.1.1 實驗材料18
• 2.1.2 電沉積金屬預(yù)置層的原理18-20
• 2.2 電化學設(shè)備及測試原理20-21
• 2.2.1 電化學工作站20
• 2.2.2 循環(huán)伏安法20-21
• 2.3 表征手段21-24
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡21
• 2.3.2 電感耦合等離子發(fā)射光譜21-22
• 2.3.3 X射線衍射22
• 2.3.4 分光光度法22-24
• 第三章 檸檬酸體系的穩(wěn)定性24-36
• 3.1 檸檬酸配位原理24-28
• 3.1.1 配合物概念24
• 3.1.2 檸檬酸的離解及與二價銅的絡(luò)合24-28
• 3.2 檸檬酸體系的穩(wěn)定性28-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 第四章 焦磷酸體系的穩(wěn)定性36-47
• 4.1 焦磷酸配位原理36-41
• 4.1.1 焦磷酸的離解36-37
• 4.1.2 焦磷酸的絡(luò)合37-41
• 4.2 焦磷酸體系的穩(wěn)定性41-45
• 4.3 實驗優(yōu)化45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 銅鋅錫硒薄膜電池的制備47-53
• 5.1 合金預(yù)制層的制備47-51
• 5.1.1 檸檬酸體系47-49
• 5.1.2 焦磷酸體系49-51
• 5.2 銅鋅錫硒薄膜電池效率測試51-52
• 5.3 本章小結(jié)52-53
• 第六章 總結(jié)與展望53-55
• 6.1 總結(jié)53-54
• 6.2 展望54-55
• 參考文獻55-59
• 發(fā)表論文和科研情況說明59-60
• 致謝60-61

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