| 题名 | 铜基硫族化合物的制备及在能源转换材料中的应用 |
| 作者 | 杨重寅 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2011-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 徐科 ; 黄富强 |
| 关键词 | 含铜化合物 硫族化合物 太阳能电池 p型透明导体 热电材料 |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 铜基硫族化合物是指至少包含铜元素作为阳离子之一，硫族元素（Q=S, Se, Te）作为阴离子的无机化合物。由于其与其他各种元素之间具有十分灵活的键合方式和配位形式，因而形成了结构类型异常丰富、物理性能极其多样一类无机化合物，特别是在能源转换方面，包括光电转换材料、透明导体材料、热电转换材料等有广泛的应用。本论文围绕几类典型的应用于能源转换材料的铜基硫化物，对这些材料体系的制备工艺与性能改善进行一系列探索研究。 针对高性能CIGS太阳能电池吸收层材料CuInSe2的需求，创新性的对其物理性质和烧结工艺进行了一系列的研究和考察，通过对CuInSe2中In位掺杂Cu，在较大范围内调节了CuInSe2的电导率，30 atm% 的Cu自掺杂样品可以在300 K时获得80 S cm的电导率，Cu自掺杂会导致材料热稳定性的降低，光学带隙的少量降低。同时发展了一套快速反应烧结CuInSe2的制备流程，可以很方便地模拟电池器件退火条件，从而排除薄膜其他影响因素来单独地研究材料烧结过程。详细地研究了通过不同烧结温度和烧结时间下，样品的微结构、电输运性能、光学属性以及之间的关系。通过添加卤化物助溶剂和含Sb化合物，有效地降低了CuInSe2多晶样品的烧结温度，从而在较低的烧结温度下获得了更大更完整的晶粒。 我们运用化合物中“相似相容”的原则和“热力学逆向设计”的核心思想，发展了一种新颖的反应烧结方法来合成透明p型半导体LaCuOSe。通过使用LaSe和CuO这样的不稳定前驱物作为原料，并使用机械球磨来辅助处理原料成为超细粉末来共同增强反应动力，使得采用这样的反应烧结方法可以低至600C的反应温度短至20分钟的反应时间内可以得到纯相的LaCuOSe。1000C烧结的未掺杂样品电导率可以到达7.15.10-1 S cm-1，远高于报道的数据，进一步的，进行2 atm% 的Sr掺杂，在常温的导电率高达23.39 S cm-1。 应用结构功能区的材料设计概念，设计并制备了Cu自掺杂CuAlS2这一材料改性方案，得到了很好的导电性能。Cu自掺杂，使得导电功能网络的[CuS4]四面体结构更加连续，除了载流子浓度有所提高，迁移率也随着掺杂量的增大而增大，使得电导率有数量级的提高。在Cu自掺杂8%时，块体样品室温电导率达到247 S cm-1，成为目前报导的电导率最高的p型透明导体材料。Cu自掺杂对于光学带隙几乎没有影响，样品仍然保持了宽带隙的特征（> 3.3 eV）。 我们发现并合成了拥有优秀热电性能的多晶三元铜基硒化物Cu3Sb1-xSnxSe4并系统地测试了其电子、声子输运性能。由于有一维[SbSe4]四面体阵列的插入大量的三维Cu/Se导电网络单元。使得材料同时拥有高电导率、高Seebeck系数和低热导率。Sn在Sb位掺杂有效地为Cu/Se导电网络注入了大量空穴，在不改变热导率的同时优化了功率因子，使得x = 0.025得到最大的ZT值，在673 K时达到了0.75。从第一性原理计算所得的能带结构和电子态密度分布分析了材料的电子结构构成，很好地解释了实验所得的电子输运现象。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-09-10 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://58.210.77.100/handle/332007/691]  |
| 专题 | 苏州纳米技术与纳米仿生研究所_测试分析平台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨重寅. 铜基硫族化合物的制备及在能源转换材料中的应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
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