电气工程专业毕业课程论文水热法在薄膜太阳能电池中的应用1.docx

水热法在薄膜太阳能电池中的应用 第 PAGE 第 PAGE 9 页 共 NUMPAGES 10 页 水热法在薄膜太阳能电池中的应用 摘要：本文介绍水热法制备运用到太阳能电池中的薄膜材料，详细描述了利用水热法制备二氧化钛（Tio2)、硫化锡（Sn-S）、氧化锌（Zn-O）、硫化镉（Cd-s）晶体等材料在化合物半导体II-IV、色素敏化染料太阳能电池、有机导电高分子薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池中的详细运用介绍及实验，以及它们的制备过程及使用XRD射线衍射和TEM透射电镜的测定及研究现状，并对研究的成果进行总述，展望水热法在太阳能电池薄膜制备应用的趋势。 关键字：水热法，二氧化钛薄膜, 硫化镉薄膜，硫化锡晶体, 氧化锌薄膜, 薄膜太阳能电池 1引言: 薄膜太阳能电池应用水热法制备是近二十多年来发展起来的非常有潜能的液相制膜技术。薄膜太阳能电池材料凭借其优良特性及应用价值，在我国，太阳能电池技术的产业化和研发收到高度的重视。制备薄膜所需要的方法和技能也因此需要不断的更新与发现，我们过去使用过离子镀技术、蒸镀法，现在常用的方法有外延法、气相沉积、溅射、溶胶-凝胶。水热法最早是从地质学方面开展起来的，现在已经被广泛应用于材料的制备方面，并表现出其极大的优越性。 2 水热法制薄膜的简介 2.1 水热法制膜的特征 水热法制膜是不用经过后期晶化热处理，只在液相中一次即可完成。这样处理的优点：制得的薄膜不会有开裂、卷曲、晶粒粗、还避免了薄膜在衬底上进行反应时出现的不足。反应过程中利用无机前驱物（氢氧化物和无机盐水溶液的混合溶液）和加入蒸馏水(至高压釜)作为介质进行制备薄膜，水热法制膜的化学材料的资源十分丰富，制膜的成本较低，也避免了金属有机物分解导致的薄膜致密性缺陷问题，而且它的操作简单、方便。水热处理过程是在较低温度中进行的，使得制得了高纯度的薄膜，保证了良好的均一性和牢固的结构。最大的特点是制备过程可以控制晶体颗粒的大小，制得的薄膜组装的电池的转化效率比较理想。 2.2 水热制膜的反应过程 水热反应过程必备的材料有高压釜（容器内是高温高压的流体环境），前驱物（反应原材料混合进行简单的化学反应搅拌过滤制得的），高压釜中的衬底的材料由氧化铝，塑料片，金属片和载玻片四种组成。整个反应过程是主要是通过化学反应实现薄膜的制备。在低于300℃温度下用水热处理含有衬底的前驱物溶液，并在衬底上结晶出稳定的薄膜。反应过程的进程是中间产物、前驱物溶液和最后生成的氧化物的溶解度决定的。 2.3 水热制膜的类型及设备 水热法制备薄膜的类型有普通和特殊这两种水热方法。主要区别有特殊水热法需要再结合一些电磁波场、电场、磁场等外力场的作用。水热制膜用的是高压釜设备,如下图1(为普通设备),主要由加热炉，衬底，反应基片，釜体釜盖，反应室和压力表，热电偶这八种材料构成。普通的设备主要通过不锈钢的反应室，直接加热基座或是放置到烤箱中进行加热。特殊设备的设计需要再加上作用场、电极的作用，其一般利用直接加热基座的方法制备薄膜。 图1 简单水热法制备薄膜装置 3 水热法制备太阳能电池薄膜实验 3.1制备化合物半导体薄膜太阳能电池 化合物半导体薄膜材料很多，例如常用的有硫化锡，以下是制备硫化锡太阳能薄膜的具体过程。 （1）Sn-S的性质 作为p型半导体的硫化锡化合物，其光带系数是1.3eV，处于砷化镓和硅之间。参照太阳的辐射可见光的光谱，硫化锡的光谱与其很匹配。据资料查阅，硫化锡的光电转换率达到了25%之高。由于锡和硫这两种元素的资源很丰富，具有良好的性能制备简单，硫化锡薄膜作为薄膜太阳能电池的材料是十分有前景的。 （2）水热法制备薄膜的过程 制备过程所用的材料有二水氯化氩锡4.61克，浓盐酸2毫升，硫化铵溶液8克且溶液里的硫离子不少于2×10ˉ2摩尔，蒸馏水，高压釜。将二水氯化氩锡溶于浓盐酸中，加入足够量的蒸馏水然后用玻璃棒搅拌均匀再进行过滤。将硫化铵加入适量的蒸馏水进行搅拌至溶解再过滤。再将刚制得的两种溶液倒在一起进行反应，反应完成后会生成一些沉淀物，将其经过充分的洗涤过滤后，将最后的沉淀物放入高压釜内，注入蒸馏水至釜体容积的百分之80左右，将反应釜放入温度为190℃左右的烘烤箱内温度经过12个小时的加热后取出，从中取少量做成浆料，用浸涂法在载玻片上进行制备，并用表面轮廓仪测量的薄膜厚度为1um时即可，再取出高压釜中的材料通过蒸发、干燥即可得到硫化锡晶体。之后在导电玻璃上利用浸涂法制备1um厚的