铝掺杂对铜铟铝硒粉末微结构和光吸收影响的研究.doc

铝掺杂对铜铟铝硒粉末微结构及光吸收影响的研究 张 静，张维佳，马登浩，马 强，蒋昭毅 （北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院，北京 100191 摘要: 铜铟铝硒Cu(In1–xAlx)Se2，CIAS)因其成本比铜铟镓硒低而成为目前备受关注的一种太阳电池材料。本文采用溶剂热法制备出含有不同铝掺入量的CIAS四元化合物粉末。利用XRD、SEM、XPS和紫外-可见光光吸收谱系统研究铝掺入对铜铟铝硒化合物的微观结构及光吸收的影响。研究表明铝掺杂对铜铟铝硒的微观结构有着显著影响，适当的铝掺入有利于铜铟铝硒晶体生长，当铝掺入为0.4时，晶体在(112)晶面择优生长最为明显，并且随铝掺入量的增加可导致其禁带宽度增加，这有利于太阳电池优化设计。 关键词: 溶剂热黄铜矿铜铟铝硒纳米晶合成光学带隙微观结构光吸收 doi: 10.14106/ki.1001-2028.201.02.008 中图分类号: O484.5；O433.4 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2017）02-0034-06 Effect of Al incorporation on microstructure and optical absorption properties of CuIn1–xAlxSe2 powders ZHANG Jing, ZHANG Weijia, MA Denghao, MA Qiang, JIANG Zhaoyi (School of Physics and Nuclear Energy Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China) Abstract: Cu(In1–xAlx)Se2 (CIAS) was a popular solar cell material because of its lower cost than CIGS. CIAS powders with different Al contents were prepared by solvothermal method. The effects of Al incorporation on the microstructure and optical absorption of the CIAS compounds were characterized by XRD, SEM, XPS and ultraviolet-visible absorption spectra. The results indicate that Al incorporation has a significant effect on the microstructure of CIAS and appropriate Al incorporation is beneficial to the growth of CIAS crystals. When the mole ratio of Al is 0.4, the crystal (112) preferred growth is the most obvious, and the increase of the Al content can lead to the increase of the band gap, which is conducive to the optimized design of optoelectronic devices. Key words: solvothermal; CuIn1-xAlxSe2 chalcopyrite; synthesis of nanocrystals; optical band gap; microstructure; optical absorption 黄铜矿结构铜铟硒属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物，其具有较高的光吸收系数、直接带隙、高稳定性以及可调控带隙等优点成为薄膜太阳电池首选吸收层材料之一。基于其制备的太阳电池具有高转换效率(20.4%)、良好的稳定性和低成本等优点，并且可用于制备柔性太阳电池，因此受到人们的广泛关注[1-4]。一般而言，基于铜铟硒材料作为太阳电池的吸收层，其自身光吸收强度对该类太阳电池光电性能具有显著影响[5-7]。研究表明，理想吸收层材料禁带宽度应该在1.41.6 eV[8-9]，同时理论计算报道其应为1.37 eV[10]。制备铜铟硒材料具有多种方法主要包括传统共蒸发法、熔铸法以及溶剂热法。其中，共蒸发法中流量控制困难易造成材料浪费。熔铸法易于工业大规模生产，但其生产的靶材成分不均匀，内部缺陷较多[11-12]。用溶剂热法制备铜铟硒化合物粉末细小均匀，并可烧结出晶