銅銦鋁硒(CIAS)薄膜太陽能電池關鍵材料：製備和性能（簡體書）

氣候變暖，世界人口增長，環境污染等問題對人類生存和發展提出了嚴峻的挑戰。全球加速進入綠色低碳經濟時代，發展、應用可再生能源已成為世界各國能源發展的方向。太陽能取之不盡，用之不竭，是最清潔的可再生能源。光伏發電已成為太陽能利用的主要技術，晶體硅光伏電池目前占市場主導地位，自2008年起我國便成為世界上最大的硅光伏電池及光伏發電系統的生產國。與此同時，薄膜光伏電池發展很快，與傳統的晶體硅電池相比，具有節省原材料、低能耗、低成本、便于大面積連續生產等優勢。碲化鎘（CdTe），銅銦硒（CuInSe2）類化合物薄膜太陽能電池已步入商品化，其實驗室光電轉化效率可以與硅晶體光伏電池相媲美。
通常將以銅、銦化合物為主體的銅銦硒（CuInSe2），銅銦鎵硒［Cu（InGa）Se2］、銅銦鋁硒［Cu（InAl）Se2］等類似的材料統稱為“銅銦硒類光伏材料”（CuInSe2likephotovoltaicmaterials）。此類多元化合物的特點為：均是直接帶隙半導體材料；常溫下以黃銅礦結構形式存在；光吸收系數高（105cm－1）；帶隙在10～27eV范圍可調，覆蓋太陽光最佳帶隙（14～15eV），故以此作為光伏電池吸收層，可有效地吸收太陽光，提高光伏電池的光電轉換效率。然而，由于貴重金屬In的儲量有限，價格昂貴；又因采用有毒的CdS作為緩沖層，使得此類光伏電池的大規模生產受到一定限制。因此研究性能相近的可替代材料刻不容緩。
銅銦鋁硒太陽能電池結構為：電極/減反射膜/窗口層（ZnO）/緩沖層（CdS或ZnS）／吸收層銅銦鋁硒薄膜［Cu（InAl）Se2］／Mo／玻璃襯底，“關鍵材料”主要指Cu（InAl）Se2薄膜以及CdS和ZnS薄膜。
筆者探索以易得、廉價的鋁部分代替銦（或鎵）作為吸收層；以無毒的ZnS替代有毒的CdS作為緩沖層，進行樣品制備和性能研究；致力于降低材料成本，更符合節能環保的要求的實驗研究。
在吸收層Cu（InAl）Se2薄膜制備中，運用了兩種物理氣相沉積技術即：真空蒸發多層膜（VEMF）法和中頻孿生非平衡磁控濺射（IFTUMS）技術制備CIA預制層，以及真空硒化技術。在ZnS和CdS薄膜制備中，運用化學水浴法（CBD），介紹了原理、反應方程式及工藝過程。進而結合以上實驗，分析成膜機理。
本書以材料制備與性能研究為主線，陳述了樣品的微觀分析，光電特性的檢測，直至成膜機理的分析方面進行探索研究的過程。運用了各種微觀分析技術，如X射線衍射（XRD），掃描電鏡（SEM），X射線電子能譜（XPS）的分析等先進檢測手段；特別是進行高分辨透射電鏡（場發射TEM）的制樣與觀察；從材料的微觀形貌、結構，元素成分及光電性能，帶隙計算等方面進行了細致的研究工作。這些方面如能給予讀者借鑒與參考，即是我們所期望的。
編寫本書的目的是將我們多年來的研究成果進行系統總結，為進一步開發銅銦鋁硒［Cu（InAl）Se2］太陽能電池的關鍵材料，研發太陽能電池提供借鑒；亦可以作為電子科學技術專業，光電、光伏材料專業，功能材料學專業的大學生、研究生和教師的研修參考資料。
由于作者水平有限，加之時間緊迫，書中不妥之處，懇請讀者給予批評指正。

周麗梅2013年8月