1、薄膜太陽(yáng)電池因其具有質(zhì)輕、生產(chǎn)成本低、可被制成柔性可卷曲形狀、便于大面積連續(xù)生產(chǎn)等突出優(yōu)勢(shì)，被公認(rèn)是未來(lái)太陽(yáng)電池發(fā)展的主要方向，并已成為國(guó)際上研究最多的太陽(yáng)電池技術(shù)之一。而CuInS2(簡(jiǎn)稱CIS)這種直接帶隙半導(dǎo)體材料具有較大的吸光系數(shù)、合適的禁帶寬度(1.5 eV)、禁帶寬度對(duì)溫度的變化不敏感、穩(wěn)定性高、低毒等優(yōu)勢(shì)，非常適合作為薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層材料。因此，基于CuInS2這種光吸收層材料，我們開展了以下工作：
　　

2、第一部分：以乙二醇為溶劑，四水合氯化銦和硫代乙酰胺為反應(yīng)物，采用簡(jiǎn)易的溶劑熱法在超薄銅片襯底上直接生長(zhǎng)一層大規(guī)模、均勻分布的CuInS2薄膜。InCl3·4H2O濃度為0.025 M、溶劑熱溫度180℃下反應(yīng)16 h得到的CuInS2薄膜樣品由整齊有序、高均勻的薯片狀納米片陣列組成，這些納米片尺寸比較均一，形狀規(guī)整，厚度約為120 nm，并且相互齒合、粘連形成一個(gè)網(wǎng)狀薄膜。研究表明：溶劑熱溫度對(duì)CuInS2薄膜的形貌沒(méi)有太大影響，但是高

3、溫有利于CuInS2薄膜結(jié)晶度的提高；反應(yīng)物濃度對(duì)調(diào)控薄膜的形貌影響較大，如果InCl3·4H2O的濃度較低(≤0.042M)，所得產(chǎn)物為單層的網(wǎng)狀薄膜，薄膜由均一規(guī)整的納米片陣列組成。否則，所得CuInS2產(chǎn)物的形貌呈現(xiàn)雙層膜結(jié)構(gòu)，下層為類似的單層網(wǎng)狀薄膜，上層由球狀超結(jié)構(gòu)組成。
　　 根據(jù)晶體成核與生長(zhǎng)等理論探討了上述不同反應(yīng)物濃度下得到的CuInS2單層以及雙層膜的生長(zhǎng)機(jī)理。研究表明其生長(zhǎng)過(guò)程包括：銅片襯底上異質(zhì)成核；成核

4、點(diǎn)上進(jìn)一步垂直生長(zhǎng)；溶液中均相成核；溶液中Ostwald熟化生長(zhǎng)過(guò)程；溶液中自團(tuán)聚過(guò)程；沉積到銅片襯底從而形成雙層膜這幾個(gè)階段。而從化學(xué)反應(yīng)角度看，CuInS2晶核形成過(guò)程如下：高溫下銅片表面的銅元素被氧化成Cu2+，并不斷釋放到溶液中，這些Cu2+被乙二醇還原成Cu+(4Cu2++HO-CH2-CH2-OH→4Cu++4H++CHO-CHO)。同時(shí)，硫代乙酰胺結(jié)合水中的H+釋放H2S(CH3CSNH2+H2O→CH3CONH2+H2S

5、)，H2S在高溫下釋放出S2-(H2S→2H++S2-)。這樣銅片上Cu+的產(chǎn)生、來(lái)自于硫代乙酰胺的S2-釋放、來(lái)自于InCl3·4H2O中In3+的釋放，CuInS2晶核形成(Cu++In3++S2-→CuInS2)。
　　 銅片襯底上CuInS2薄膜的漫反射光譜表明：薄膜在400-800 nm這一較寬范圍內(nèi)都有很強(qiáng)的吸收，符合CuInS2材料的典型吸收特性。經(jīng)推算，CuInS2薄膜的禁帶寬度為1.48 eV，接近太陽(yáng)能電池材

6、料所需的最佳禁帶寬度值(1.45 eV)。選取CuInS2單層和雙層薄膜樣品組裝結(jié)構(gòu)為Cu片/CuInS2/CdS/i-ZnO/ITO/Ni-Al的柔性薄膜太陽(yáng)能電池。結(jié)果表明：?jiǎn)螌幽uInS2樣品制得的電池器件開路電壓(Voc)為268 mV，短路電流(Jsc)為4.00 mA/cm2，填充因子(FF)為0.56，最終的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)0.75％。而雙層膜CuInS2樣品得到的器件開路電壓(Voc)為223 mV，短路電流(Jsc)

7、為3.05 mA/cm2，填充因子(FF)為0.39，最終的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.33%。
　　 第二部分：在ITO導(dǎo)電玻璃上通過(guò)溶液提拉、滾涂的方法分別制備致密以及多孔的TiO2層，然后通過(guò)溶劑熱法直接生長(zhǎng)一層CuInS2半導(dǎo)體薄膜于TiO2薄膜層上，用CuInS2這種窄帶隙半導(dǎo)體材料敏化TiO2薄膜，同時(shí)采用P3HT作為空穴傳輸層，組裝結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電玻璃/致密TiO2/多孔TiO2/CuInS2/P3HT/Au的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)

8、能電池。研究表明此種電池器件具有大的正向擴(kuò)散電流、小的反向漂移電流，說(shuō)明其具有典型的單向?qū)щ娦浴Ｒ苑磻?yīng)物InCl3·4H2O濃度是0.03 M下制備的CuInS2薄膜樣品組裝有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化電池，其電池器件的開路電壓(Voc)為218mV，短路電流(Jsc)為2.8 mA/cm2，填充因子(FF)為0.26，最終的光電轉(zhuǎn)換效率為0.2%，需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)薄膜材料的組分、結(jié)構(gòu)、形貌以及改進(jìn)電池組裝技術(shù)以優(yōu)化器件性能。
　　 第三部分：

9、以銅絲(直徑約為60μm)為襯底，通過(guò)簡(jiǎn)易的溶劑熱法在其表面直接生長(zhǎng)一層CuInS2薄膜，探索出使銅絲不斷裂、可編織的溶劑熱反應(yīng)條件：溶劑熱溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間8h。在該溶劑熱條件下，圓柱狀銅絲襯底經(jīng)溶劑熱反應(yīng)后并沒(méi)有遭到破壞，仍舊保持很大的柔性，且銅絲襯底與制備的CuInS2薄膜結(jié)合力強(qiáng)，在后續(xù)的器件組裝過(guò)程中，未見(jiàn)薄膜脫落現(xiàn)象。然后通過(guò)化學(xué)浴沉積法在上述長(zhǎng)有CuInS2薄膜的銅絲上沉積一層CdS或ZnS緩沖層。研究表明ZnS緩沖層的