CuInS2单晶体的制备及光电性能研究

光伏太阳能作为新能源和可再生能源，是为数不多的可持续、无污染的能源之一，从而使它成为当前的研究热点。与其它材料相比，用CuInS2制备的太阳电池,具有很多优势，但其太阳电池的性能不高,这就需要对CuInS2晶体的物理性能进行深入的研究。本项目将用磁场和籽晶辅助的移动加热法制备CuInS2单晶体，并研究其光电性能。首先用布里奇曼法生长CuInS2籽晶和多晶锭，然后再用磁场和籽晶辅助的移动加热法生长Φ30mm×10cm的单晶体。同时，研究CuInS2单晶材料的本征缺陷、成分、光电性能与生长工艺参数之间的关系。此外，还深入研究退火工艺及高能电子束辐照对CuInS2单晶材料的缺陷和组分分布的影响。本项目完成后，可以基本解决Φ30mm×10cm的CuInS2单晶体的制备工艺，并为制备性能优越的更大尺寸的CuInS2单晶体打下扎实的理论和实践基础，也为研制高效CuInS2基薄膜太阳电池提供丰富经验。

利用太阳能进行光伏发电是同时解决“能源短缺”和“环境污染” 两大难题的最佳选择之一。CuInS2薄膜具有与太阳光谱相匹配的直接带隙(1.45eV)，对可见光较高的吸收系数(达105cm-1)，且不含有毒元素，是一种极具潜力的新型薄膜太阳电池吸收材料。本项目中，主要是进行CuInS2晶体和薄膜的制备和性能表征，并同时进行相应的光电器件的制备及优化。取得的主要研究成果为：尝试用布里奇曼法制备CuInS2晶体，发现制备得到的晶锭是几个大晶粒组成的；用摇摆炉法生长CuInS2多晶锭，并用掠射角沉积法制备CuInS2薄膜，发现随着倾斜角的增加，薄膜的吸收系数和禁带宽度增加，晶体质量下降；同时，使用常规单源热蒸发法制备CuInS2薄膜，并在硫气氛下，在不同温度下热退火，发现在500℃退火，获得了单黄铜矿结构的CuInS2薄膜，禁带宽度为1.46eV。同时，对经过400℃硫气氛和真空退火的CuInS2薄膜，用不同浓度的溴甲醇溶液腐蚀，研究去除表面的CuxS化合物的工艺。此外，还研究了CuInS2薄膜光伏电池阻挡层的制备工艺。同时，制备了CuInS2薄膜光伏电池，获得的转换效率只有2%左右，其为进一步优化电池结构和工艺，提高电池转换效率打下了坚实的基础。