太阳能光伏作为一种无污染、寿命长且不受地理限制的绿色能源,被认为是解决未来能源问题的有效途径之一。近年来,世界光伏市场迅猛发展,但是,光伏发电的成本相对还比较高,因此降低发电成本就成为关键。由于薄膜电池技术具有原材料消耗少、能耗低、可大面积快速生产等优点,成为国际学术界和产业界研究的热点领域。CuInS2以其接近太阳光最佳匹配的禁带宽度(1.5 eV)、较大的吸收系数、较高的理论转换效率等优点,是一种非常有潜力的薄膜电池材料。但是,目前CuInS2薄膜制备技术多采用真空方法,制造成本相对较高。本文探索了应用金属颗粒墨水制备CuInS2薄膜及太阳电池的方法。首先采用多元醇还原法制备铜、铟及铜铟合金金属颗粒,然后进行金属颗粒墨水、前驱体薄膜的制备和硫化过程等工艺的研究,制备了CuInS2薄膜太阳电池。全文取得了如下具有创新意义的结果：(1)采用多元醇还原法制备了铜、铟及铜铟合金纳米颗粒。研究发现：反应温度和反应速度是制备铟颗粒的主要因素,NaBH4在溶剂中的分解速度决定了生长时间,高分子添加剂能起到空间位阻作用但也会影响到颗粒的均匀性。基于以上的认识,采用三乙醇胺(TEA)作为添加剂,结合快速热注入法,在140℃高温下制备了直径为10nm甚至更小的均匀的铟颗粒,反应温度及TEA的量会影响到颗粒的尺寸。研究还指出：快速注入能一次形成大量形核中心并迅速长大,高温条件可以加速了NaBH4的分解,缩短生长时间,使得还原性环境被破坏,导致铟颗粒被钝化从而限制其进一步生长。另外,采用快速热注入法也制备得到颗粒尺寸在100nm以下、分布较窄的铜铟合金颗粒,同铟颗粒的制备类似,温度和时间对颗粒的形貌没有影响,但会提高结晶性。(2)研究了金属颗粒的高温稳定性。实验指出：铜铟颗粒及铟颗粒即便是在充满还原性气氛的高真空CVD腔体中氧化也比较严重,说明制备得到的金属颗粒在高温条件下不稳定。通过形貌、结构分析,发现铜铟颗粒在高温热处理后转变为氧化铟纳米线,而铟颗粒则有向氧化铟空心球转变的趋势。对比在玻璃衬底及铜衬底上的铟颗粒经过热处理后的形貌差异,认为铜在氧化铟纳米线的生长过程中起到了催化作用。(3)利用制备的金属颗粒制备了前驱体薄膜,进而硫化烧结成CuInS2薄膜。利用CBD法制备的多孔的硫化铜或硫化铟薄膜进行补铟或补铜,最后硫化制备成致密的CuInS2薄膜。采用硫化铜补铟法制备的CuInS2薄膜制备的电池得到了2%的光电转换效率。应用铜颗粒墨水、铟颗粒墨水依次制备了铜/铟或铟/铜叠层前驱体薄膜,用铜铟颗粒制备了混合前驱体薄膜。通过硫化均能制备结构致密、晶粒较大的CuInS2薄膜。发现混合前驱体薄膜制备的CuInS2薄膜杂相相对较少,该薄膜制备的电池具有0.7%的光电转换效率。(4)研究了铜铟合金颗粒的硫化过程,指出杂质Na、中间相等对薄膜性能和结构的影响。发现随着在金属前驱体膜中铜/铟比的增大,CuInS2薄膜晶粒越大、结晶性越好。钠对富铟前驱体薄膜的作用要比富铜薄膜大：铜/铟比为0.6的前驱体薄膜,以含钠的玻璃为衬底,硫化后杂相为Na2In2S4；以不含钠的钼片为衬底时,其杂相为CuIn5S8。而在铜铟比在0.9和1.3的前驱体膜中,无论是衬底中的钠还是在铜铟合金中掺入的钠,都对其结构没有大的影响。研究还发现：在硫化过程中有CuIn5S8中间相参与反应,这是由于铜、铟的扩散速度及与硫反应的速度不同导致的富铜相(CuS)与富铟相(CuIn5S8)的暂时分相,在温度升高时两者作用生成CuInS2。另外,制备的CuInS2薄膜截面均为双层结构：上层薄膜由大晶粒组成,而下层薄膜的晶粒较小。这可能是由铜铟颗粒中的活性部分和非活性部分形成的。(5)成功利用金属颗粒墨水制备了CuInS2薄膜电池,并探讨了其中一些关键步骤对电池性能的影响。研究表明：合适厚度的CdS缓冲层及i-ZnO阻挡层能降低器件的暗电流,提高电池的开路电压；经过200℃的空气退火能有效提高器件性能,而光浴则对电池的开压有少许提高。基于以上对电池器件的认识,采用铜铟颗粒墨水法,制备出了转换效率为1.43%的CuInS2薄膜电池。