白文采纳单步电沉积法和两步电沉积法在Mo基底上制备CuInS2地膜,用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了样品的构造和形貌,用能量散射仪(EDX)测试了样品中各元素含量。后果表明,电沉积合议制备的样品,元素原子团比与沉积电位亲密有关;单步合议制备的地膜样品,致密平坦,晶粒大小1~2μm,CuInS2结晶体呈黄铜矿构造,同声含有CuS结晶体;两步合议制备的CuInS2地膜为黄铜矿构造,无杂相,但地膜的致密平坦性不如单步法。
CuInS2是I–III–VI2族间接能隙半超导体复合物,禁带幅度1.50eV,对可见光的吸引系数高达105cm-1单位级,以其作为月亮电池组的光吸引层,薄厚仅需l~2μm,可极大地升*。据MeeseJM等的实践划算,CuInS2地膜月亮电池组的光电转换效率实践值胜于30%,试验室程度已达成12.5%,而且其抗烦扰、抗辐射威力强,性能稳固,制成的光伏器件运用寿数长。因而,CuInS2是地膜月亮电池组光吸引层zui有前景的资料之一。
眼前CuInS2地膜的制备大体能够分为间接分解法和多步硫化法两种。间接分解法囊括单源、双源或三源共挥发法,原子团层沉积法,离子层气相同应法,电化学法,喷雾热解法等,多步硫化法令须先用挥发、溅射或电化学沉积等步骤制备非金属预置层,而后再对其继续硫化来制备CuInS2地膜。然而上述的大少数步骤都务必在高真空条件下继续,对试验条件和试验设施的务求刻薄,周折于低利润大规模生产。用水沉积合议制备CuInS2地膜则无需高真空条件,同声其存在可兑现大面积制备、能源消费少、利润低、零碎稳固性好等长处。电沉积合议制备CuInS2地膜有单步法、两步法和多步法。眼前对电沉积合议制备CuInS2地膜的钻研较少,制备工艺也不成熟。单步电沉积法和两步电沉积法各有优劣,白文钻研相反沉积电位对电沉积合议制备CuInS2地膜的莫须有,比照钻研单步法和两步合议制备CuInS2地膜,探寻的*工艺。1、试验
的电解池采纳三电极体系,其中Mo片(25mm×20mm×0.15mm)为作业电极,Pt电极为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,Mo片经打磨-去离子拆洗-20%wt的NaOH溶液煮沸荡涤-电化学抛光解决。单步电沉积中电解液为10mmol/LCuCl2,10mmol/LInCl3,50mmol/LNa2S2O3和200mmol/LLiCl的混合液,用*调节电解液pH至3.0。其中,CuCl2、InCl3、Na2S2O3别离作为Cu源、In源和S源,LiCl既有络合剂的作用,又是适合的增添剂。电沉积内中采纳恒压格式,维持作业电极与参比电极间的电压VSCE恒定,常温下沉积,工夫为30min,沉积后的样品在低真空条件下350oC热解决60min。两步,电解液为10mmol/LCuCl2,10mmol/LInCl3和200mmol/LLiCl的混合液,用*调节电解液pH至2.5。沉积电位为-1.1Vvs.SCE,常温下沉积30min,沉积后的样品在硫空气中热解决,250℃和500℃热度下别离解决30min。
用X射线衍射仪(RigakuD/MAX-RB,CuKαλ=1.54056Å/40kV/60mA)表征样品的结晶体构造,用扫描电子显微镜(SEM,JEOLJSM-6390)视察样品的宏观形貌,用能量散射仪(EDX,BrukerAXSMicroanalysisEsprit1.8)测试样品中各元素含量。2、试验后果
图1单步电沉积法相反沉积电位下乡膜的XRD图 图2单步电沉积法相反沉积电位下乡膜的In/Cu原子团比 图3单步电沉积法相反沉积电位下制备地膜的SEM图
图1为恒定反响物深浅、溶液pH值、沉积工夫及热解决热度,改观沉积电位从-0.7V到-1.0V变迁,用单步电沉积合议制备的地膜的XRD图。
图2为相反沉积电位时地膜中In/Cu原子团比。随着沉积电位的增多,In/Cu原子团比呈线性增多。沉积电位为-0.8V和-0.9V时,In/Cu原子团比均在1.0左近,而其余沉积电位下,In/Cu原子团比偏离1.0很大,尤其在低电位状况下,In元素析出量远小于Cu。 试验采纳的电化学体系以饱和甘汞电极为参比电极,改观作业电极于参比电极的电压VSCE,就改观了作业电极内电子的能量。电解液与作业电极之间产生电子固定的临界电势与电解液中对应的化学物质的规范电势无关。试验中,电解池内产生反响的化学物质的规范电势如式(1)~(3)所示:
由能斯特方程推导出析出电位抒发式如式(4)所示:
(4)
其中E0为规范氢电极电位,n为加入反响的离子带电荷数,F为法拉第常数,η为非金属离子在负极上放电的过电位,由电极内中能源学成分以及无关参数决议,α为非金属离子的均匀活度。
由式(1),(2)可知Cu和In两者的规范电势相差很大,而析出电位越正的非金属离子越轻易析出。Cu元素的规范电势远高于In元素,当沉积电位较低时,Cu的析出电位高于In,Cu元素更易析出,沉积样品中Cu元素含量远高于In。增大沉积电位,可普及负极极化强度,由式(4)可知,析出电位会随之增多,减小相反元素析出电位的差距。随着沉积电位增多,In/Cu原子团比增大。复合电沉积中,元素共沉积的条件是相反离子的析出电位相近。为失去现实配比的Cu、In对比,调节沉积电压以改观负极的极化强度,使相反元素的析出电位濒临。本试验中,沉积电位为-0.8V和-0.9V时,Cu元素和In元素的原子团比濒临1.0,在该电位下沉积,可以失去相符化学计量比的CuInS2地膜,图1所示的XRD图也能注明此点。