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寻找廉价、清洁的新能源已成为当前人类面临的紧要课题之一。太阳能是一种清洁、安全的可再生资源。在众多光伏材料中,CuInSe2(简称为CIS)是一种直接带隙材料,光吸收系数高达105量级,光电转换效率高,大面积制备简单,性能稳定,正是因为这些优点使得CIS太阳能电池成为太阳电池领域的研究热点。
本论文主要对加拿大麦克吉尔大学提供的两种CuInSe2块状样品(以下称为样品1和样品2)和CuInSe2薄膜样品进行测试与研究。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)等方法对样品的结构、成分及表面形貌进行了表征;利用四探针(FPM)、Hall效应对样品的电学性能进行了分析;利用紫外-可见光光谱测试法对薄膜样品的光学性能进行了分析。
研究工作主要获得以下结果:(1)样品1中存在三种相,分别是CuSe、CuSe2O5、CuInSe2;形貌为均匀的基体上,分布着一些大小不一的球状物。球状物的直径由5~10μm不等,为CuSe相。样品2中存在两种相,分别是CuSe2和CuInSe2;形貌为基体上分布着一些三角形状的颗粒,为CuSe2相。(2)两个样品的导电性能都是较好的,但两样品的结合能结果相差不大。(3)两样品的电阻率都表现出了明显的各向异性。样品1的平均电阻率为p=55.7205Ω·mm;样品2的平均电阻率p=7.6928Ω·mm,样品2的电阻率要比样品1的电阻率小很多,所以样品2的电学性能要优于样品1。(4)通过紫外-可见光光谱测试,得出CuInSe2薄膜样品在可见光波段具有较好的吸收率,预示了样品极好的光电性能。并且该样品具有和地面光伏转换要求的最佳值较为接近的禁带宽度值,约为0.99eV,非常适宜做高效太阳能电池材料。