白文采納單步電沉積法和兩步電沉積法在Mo基底上制備CuInS2地膜,用X射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征了樣品的構造和形貌,用能量散射儀(EDX)測試了樣品中各元素含量。后果表明,電沉積合議制備的樣品,元素原子團比與沉積電位親密有關;單步合議制備的地膜樣品,致密平坦,晶粒大小1~2μm,CuInS2結晶體呈黃銅礦構造,同聲含有CuS結晶體;兩步合議制備的CuInS2地膜為黃銅礦構造,無雜相,但地膜的致密平坦性不如單步法。
CuInS2是I–III–VI2族間接能隙半超導體復合物,禁帶幅度1.50eV,對可見光的吸引系數高達105cm-1單位級,以其作為月亮電池組的光吸引層,薄厚僅需l~2μm,可極大地升*。據MeeseJM等的實踐劃算,CuInS2地膜月亮電池組的光電轉換效率實踐值勝于30%,試驗室程度已達成12.5%,而且其抗煩擾、抗輻射威力強,性能穩固,制成的光伏器件運用壽數長。因而,CuInS2是地膜月亮電池組光吸引層zui有前景的資料之一。
眼前CuInS2地膜的制備大體能夠分為間接分解法和多步硫化法兩種。間接分解法囊括單源、雙源或三源共揮發法,原子團層沉積法,離子層氣相同應法,電化學法,噴霧熱解法等,多步硫化法令須先用揮發、濺射或電化學沉積等步驟制備非金屬預置層,而后再對其繼續硫化來制備CuInS2地膜。然而上述的大少數步驟都務必在高真空條件下繼續,對試驗條件和試驗設施的務求刻薄,周折于低利潤大規模生產。用水沉積合議制備CuInS2地膜則無需高真空條件,同聲其存在可兌現大面積制備、能源消費少、利潤低、零碎穩固性好等長處。電沉積合議制備CuInS2地膜有單步法、兩步法和多步法。眼前對電沉積合議制備CuInS2地膜的鉆研較少,制備工藝也不成熟。單步電沉積法和兩步電沉積法各有優劣,白文鉆研相反沉積電位對電沉積合議制備CuInS2地膜的莫須有,比照鉆研單步法和兩步合議制備CuInS2地膜,探尋的*工藝。1、試驗
的電解池采納三電極體系,其中Mo片(25mm×20mm×0.15mm)為作業電極,Pt電極為輔助電極,飽和甘汞電極(SCE)為參比電極,Mo片經打磨-去離子拆洗-20%wt的NaOH溶液煮沸蕩滌-電化學拋光解決。單步電沉積中電解液為10mmol/LCuCl2,10mmol/LInCl3,50mmol/LNa2S2O3和200mmol/LLiCl的混合液,用*調節電解液pH至3.0。其中,CuCl2、InCl3、Na2S2O3別離作為Cu源、In源和S源,LiCl既有絡合劑的作用,又是適合的增添劑。電沉積內中采納恒壓格式,維持作業電極與參比電極間的電壓VSCE恒定,常溫下沉積,工夫為30min,沉積后的樣品在低真空條件下350oC熱解決60min。兩步,電解液為10mmol/LCuCl2,10mmol/LInCl3和200mmol/LLiCl的混合液,用*調節電解液pH至2.5。沉積電位為-1.1Vvs.SCE,常溫下沉積30min,沉積后的樣品在硫空氣中熱解決,250℃和500℃熱度下別離解決30min。
用X射線衍射儀(RigakuD/MAX-RB,CuKαλ=1.54056Å/40kV/60mA)表征樣品的結晶體構造,用掃描電子顯微鏡(SEM,JEOLJSM-6390)視察樣品的宏觀形貌,用能量散射儀(EDX,BrukerAXSMicroanalysisEsprit1.8)測試樣品中各元素含量。2、試驗后果
圖1單步電沉積法相反沉積電位下鄉膜的XRD圖 圖2單步電沉積法相反沉積電位下鄉膜的In/Cu原子團比 圖3單步電沉積法相反沉積電位下制備地膜的SEM圖
圖1為恒定反響物深淺、溶液pH值、沉積工夫及熱解決熱度,改觀沉積電位從-0.7V到-1.0V變遷,用單步電沉積合議制備的地膜的XRD圖。
圖2為相反沉積電位時地膜中In/Cu原子團比。隨著沉積電位的增多,In/Cu原子團比呈線性增多。沉積電位為-0.8V和-0.9V時,In/Cu原子團比均在1.0左近,而其余沉積電位下,In/Cu原子團比偏離1.0很大,尤其在低電位狀況下,In元素析出量遠小于Cu。 試驗采納的電化學體系以飽和甘汞電極為參比電極,改觀作業電極于參比電極的電壓VSCE,就改觀了作業電極內電子的能量。電解液與作業電極之間產生電子固定的臨界電勢與電解液中對應的化學物質的規范電勢無關。試驗中,電解池內產生反響的化學物質的規范電勢如式(1)~(3)所示:
由能斯特方程推導出析出電位抒發式如式(4)所示:
(4)
其中E0為規范氫電極電位,n為加入反響的離子帶電荷數,F為法拉第常數,η為非金屬離子在負極上放電的過電位,由電極內中能源學成分以及無關參數決議,α為非金屬離子的均勻活度。
由式(1),(2)可知Cu和In兩者的規范電勢相差很大,而析出電位越正的非金屬離子越輕易析出。Cu元素的規范電勢遠高于In元素,當沉積電位較低時,Cu的析出電位高于In,Cu元素更易析出,沉積樣品中Cu元素含量遠高于In。增大沉積電位,可普及負極極化強度,由式(4)可知,析出電位會隨之增多,減小相反元素析出電位的差距。隨著沉積電位增多,In/Cu原子團比增大。復合電沉積中,元素共沉積的條件是相反離子的析出電位相近。為失去現實配比的Cu、In對比,調節沉積電壓以改觀負極的極化強度,使相反元素的析出電位瀕臨。本試驗中,沉積電位為-0.8V和-0.9V時,Cu元素和In元素的原子團比瀕臨1.0,在該電位下沉積,可以失去相符化學計量比的CuInS2地膜,圖1所示的XRD圖也能注明此點。