Title

銅銦鎵硒、銅銦硫硒與銅銦鎵硫硒奈米粒子合成與其薄膜太陽能電池的應用

Translated Titles

Synthesis of CuInGaSe2, CuInSSe, CuInGaSSe nanocrystals and their application on thin film solar cell

Authors

江旻益

Key Words

銅銦鎵硒 ; 銅銦硫硒 ; 銅銦鎵硫硒 ; 薄膜太陽能電池 ; CuInS2 ; CuInSe2 ; CuIn1-xGaxSe2 ; CuIn(S1-xSex)2 ; CuIn1-xGaxSSe ; solar cell

PublicationName

清華大學化學工程學系學位論文

Volume or Term/Year and Month of Publication

2010年

Academic Degree Category

碩士

Advisor

段興宇

Content Language

繁體中文

Chinese Abstract

我們成功的以熱溶劑法,合成出三元化合物CuInS2、CuInSe2的奈米粒子,四元化合物CuIn1-xGaxSe2、CuIn(S1-xSex)2的奈米粒子,五元化合物CuIn1-xGaxSSe的奈米粒子。在三元化合物的部份,我們利用升溫速度的不同,來控制CuInS2奈米粒子的四方結構與纖維鋅礦結晶相,並且發現黃銅礦與纖維鋅礦CuInS2有相同的能隙Eg =1.46 eV。在四元化合物的部份,CuIn(S1-xSx)2奈米粒子,經由UV吸收圖譜的分析,其能隙會隨著硒元素的增加而從1.46 eV降至1.0 eV。經由XRD的分析,其晶格常數a會隨著Se/S的比例增加,而呈線性增加,符合Vegard’s law,證明了CuIn(S1-xSx)2奈米粒子為均勻相的合金結構。在五元化合物的部份,經由添加鎵元素到CuIn(S1-xSx)2系統中,成功合成出CuIn1-xGaxSSe的奈米粒子,在STEM-EDS mapping中,其元素分布均勻並且沒有其他元素的存在,從UV吸收的分析,其能隙會因為鎵元素的增加而有降低的現象,其XRD繞射峰也會因為鎵元素的增加而往大角度的方向移動。此外,我們發現選用有相同官能基的前驅物,並且將油胺當作表面活性劑,可以提高合成多元化合物的成功率,這是因為油胺扮演活性劑的角色可以與前趨物形成複合物,有利於形成均勻相的多元化合物合金的奈米粒子。最後,利用這些藉由組成比例而調控其能隙值的奈米粒子,將其應用在太陽能電池吸收層薄膜。

Topic Category 工學院 > 化學工程學系
工程學 > 化學工業
Reference
  1. [5] Schock, H. W.; Noufi, R., Progress in Photovoltaics: Research and
    連結:
  2. [9] Bhattacharya, R. N.; Sebastian, P.J.; Mathew, X. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2000, 63, 316.
    連結:
  3. [11] Kimura,R.; Nakada, T.; Fons, P. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2001, 67, 289-295.
    連結:
  4. A. F. Chem. Mater. 2003, 15, 3142–3147.
    連結:
  5. Lu, Y. F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5620.
    連結:
  6. [27] Pan, D.; Wang, X.; Zhou, Z. H.; Chen, W.; Xu, C.; Lu, Y. 2009, 21, 2489–2493.
    連結:
  7. M. G. Phys. ReV.B 2004, 70, 195327.
    連結:
  8. [37] Alivisatos, A. P. Science, 1996, 271, 933.
    連結:
  9. [38] Zhong, X.; Feng, Y.; Knoll, W.; Han, M. J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 13559.
    連結:
  10. [40] Deng, Z.; Yan, H.; Liu,Y. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (49), 17744–17745.
    連結:
  11. [41] Miyake, H.; Hayashi, T.; Sugiyama, K. J. Cryst. Growth, 1993,
    連結:
  12. [42] Pan, D.; Wang, X.; Zhou, Z. H.; Chen, W.; Xu, C.; Lu, Y. Chem. Mater., 2009, 21 (12), 2489–2493.
    連結:
  13. Yang,Z.; Lu, Y. Chem. Commun., 2009, 4221 – 4223.
    連結:
  14. [1] 莊嘉琛, 太陽能工程-太陽電池篇, 全華科技圖書, 2003年3月
  15. [2] Kazmerski , L. L.; Sanborn, G. A. J. Appl. Phys. 1997, 48, 3178-3180.
  16. [3] Scheer, R.; Walter, T.,; Schock, H.W.,; Fearheiley, M. L.; Lewerenz, H. J. Appl. Phys. Lett. 1993, 24, 3294-3296.
  17. [4] Repins, I.; Miguel, A. Contreras, B. E.; DeHart, C.; Scharf, John.; Perkins, C. L. To, B.; Noufi, R. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 2008, 16, p.235.
  18. Applications 2000, 8, 151-160.
  19. [6] Ramanathan, K.; Contreras, M. A.; Perkins, C. L.; Asher, S.; Hasoon, F. S.; Keane, J.; Young, D.; Romero, M.; Metzger, W. Noufi, R.; Ward, J.; Duda, A. Prog. Photovolt: Res. Appl. 2003, 11, 225-230.
  20. [7] Shimizu,A.; Chaisitsak, S.; Sugiyama, T.; Yamada, A.; Konagai, M. Thin Solid Films, 2000, 361-362, 193-197.
  21. [8] Olsen, L.C.;Ruckh, M. First WCPEC, 1994, 194-197.
  22. [10] Sebastian, P. J.; Calixto, E.; Fernandez, A. J. of Crystal Growth, 1996, 169, 287.
  23. [12] Braunger, D., Hariskos, D., Bilger, G., Rau, U., Schock, H.W., Thin Solid Films, 2000, 361-362, 161-166.
  24. [13] Braungera, D.; Hariskosa, D.; Bilgerb, G.; Rau, U.; Schock, H. W. Thin solid films 2000, 361-362, 161-166.
  25. [14] Bar, M.; Bohne, W.; Rohrich,J.; Strub, E.; Linder, S.; Lux-Steiner, M. C.; Fischer, C. H.; Niesen, T. P. F.Karg, J. Appl. Phys. 2004, 7, 3858.
  26. [15] Capasso, F. and G. Maragaritondo, Heterojunction band discontinuities:Physics and device application. Elsevier science, 1987.
  27. [16]林明獻, 太陽電池技術入門, 全華科技圖書, 2007年10月.
  28. [17] Grindle, S. P.; Clark, A. H.; Rezaie-Serej, S.; Mcneily, J.; Mcneily, L. L. J. Appl. Phys., 1980, 51, 10.
  29. [18] Lincot, D.; Guillemoles, J. F.;Taunier, S.; Guimard, D; Sicxkurdi, J.; Chaumont, A.; Roussel, O.; Ramdani, O.; Hubert, C.; Fauvarque, J. P.; Bodereau, N. ; Parissi, L.; Panheleux, P.; Fanouillere, P.;Naghavi, N.; Grand, P. P.; Benfarah, M.; Mogensen, P.; Kerrec, O. Solar Energy, 2004, 77,7 25–737.
  30. [19] Oluwatosin Jolaoso. Chemical Engineering, Cooper Union.
  31. [20] Mitzia, D. B.; Yuana, M.; Liua, W.; Kellockb, A.J.;Cheya, S. J.; Gignaca, L.; Schrotta, A. G. Thin Solid Films 2009, 517, 2158–2162.
  32. [21] Chun, Y. G.; Kim, K. H.; Yoon, K. H. Thin Solid Films 2005, 480, 46–49.
  33. [22] Castro, S. L.; Bailey, S. G.; Raffaelle, R. P.; Banger, K. K.; Hepp,
  34. [23] Pan, D. C.; An, L. J.; Sun, Z. M.; Hou, W.; Yang, Y.; Yang, Z. Z.;
  35. [24] Guo, Q.; Kim, S. J.; Kar, M.; Shafarman, W. N.; Birkmire, R. W.; Stach,E. A.; Agrawal, R.; Hillhouse, H. W. Nano Lett. 2008, 8, 2982.
  36. [25] Panthani, M. G.; Akhavan, V.; Goodfellow, B.; Schmidtke, J. P.; Dunn,L.; Dodabalapur, A.; Barbara, P. F.; Korgel, B. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16770.
  37. [26] JCPDS-361311
  38. [28] Yu, D.; Wang, C.; Guyot-Sionnest, P. Science 2003, 300, 1277–1280.
  39. [29] Talapin, D. V.; Murray, C. B. Science 2005, 310, 86–89.
  40. [30] Urban, J. J.; Talapin, D. V.; Shevchenko, E. V.; Kagan, C. R.; Murray, C. B. Nat. Mater. 2007, 6, 115–121.
  41. [31] Jarosz, M. V.; Porter, V. J.; Fisher, B. R.; Kastner, M. A.; Bawendi,
  42. [32] Konstantatos, G.; Howard, I.; Fischer, A.; Hoogland, S.; Clifford, J.; Klem, E.; Levina, L.; Sargent, E. H. Nature 2006, 442, 180–183.
  43. [33] Murphy, J. E.; Beard, M. C.; Nozik, A. J. J. Phys. Chem. B 2006,
  44. 110, 25455–25461.
  45. [34] Law, M.; Luther, J. M.; Song, Q.; Hughes, B. K.; Perkins, C. L.; Nozik, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5974–5985.
  46. [35] (a)Coe, S.; Woo, W. K.; Bawendi, M.; Bulovic, V. Nature, 2002,
  47. 420, 800; (b) Coe, S.; Woo, W. K.; Steckel, J. S.; Bawendi, M.; Bulovic, V. Org. Electron., 2003, 4, 123.
  48. [36] (a)Paulson, P. D.; Haimbodi, M. W.; Marsillac, S.; Birkmire, R. W.; Shafarmana, W. N. J. Appl. Phys., 2002, 91, 10153;
  49. (b)Marsillac, S.; Paulson, P. D.;Haimbodi, M. W.; Birkmire, R. W.; Shafarman,W. N. Appl. Phys. Lett., 2002, 81, 1350.
  50. [39] Zhong, X.; Han, M.; Dong, J. T.; White, J.; Knoll, W. J. Am.
  51. Chem. Soc., 2003, 125, 8589.
  52. 134, 174.
  53. [43] Pan, D.; Weng, D.; Wang, X.; Xiao, Q.; Chen,W.; Xu, C.;
Times Cited
  1. 余珊(2012)。以新穎式溶熱法合成銅銦硫硒粉體之研究。成功大學資源工程學系學位論文。2012。1-70。