Sb2Se3太陽(yáng)能電池的制備與性能研究.pdf

1、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)量在逐年提升，與之伴隨而來(lái)的則是對(duì)能源需求的大幅提升。如今人們最依賴的能源仍然是煤炭、石油、天然氣之類的傳統(tǒng)化石能源，但是化石能源終有消耗殆盡的一天，而且大量的使用化石能源也使人們面臨著嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，例如全球氣候變暖，以及和日常生活相關(guān)的霧霾等問(wèn)題。因此發(fā)展可持續(xù)無(wú)污染的新型能源也就成為當(dāng)今社會(huì)的迫切需求。在眾多的綠色能源中，太陽(yáng)能因?yàn)槠潺嫶蟮膬?chǔ)存總量和簡(jiǎn)單的收集方式而吸引了眾多研究者的目光，其中太陽(yáng)

2、能電池是一種直接簡(jiǎn)單利用太陽(yáng)能的器件。在眾多不同種類的太陽(yáng)能電池中，薄膜太陽(yáng)能電池又有著原料使用少、理論轉(zhuǎn)化效率高以及制備工藝方便等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為太陽(yáng)能電池家族的重要成員。其中銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池已經(jīng)取得了22.3％的高效率，并且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，弱光性能也比較優(yōu)異，是一種優(yōu)秀太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化器件。雖然銅銦鎵硒所代表的黃銅礦結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池已經(jīng)取得了很高的轉(zhuǎn)換效率，但是在實(shí)際應(yīng)用推廣上仍然受到了限制，這主要受到了成本的制約。其中的成本制

3、約主要來(lái)源于兩個(gè)方面，一個(gè)作為吸收層本身原料的CIGS，其中In和Ga都是貴金屬原料，價(jià)格昂貴，In在其他電子行業(yè)也有重要的應(yīng)用，因此價(jià)格始終居高不下;成本的另一個(gè)方面則是因?yàn)樽鳛樗脑w系，其在制備的過(guò)程中受到較大的限制，一些條件的變化將會(huì)引起最終產(chǎn)品的性能，因此導(dǎo)致成品率相對(duì)較低。為此我們需要尋找另一種穩(wěn)定并且組元數(shù)較低且容易制備的材料作為薄膜太陽(yáng)能電池的吸收層材料。硒化銻是一種簡(jiǎn)單的二元化合物，并不會(huì)受到化合物中個(gè)元素比例的影響。其

4、作為太陽(yáng)能電池的吸收層材料的應(yīng)用才剛剛起步。同時(shí)世界上的Sb元素儲(chǔ)量絕大部分都在中國(guó)，其價(jià)格與銅相近，為低成本制備太陽(yáng)能電池提供了可能。針對(duì)以上這些優(yōu)勢(shì)，本論文的研究?jī)?nèi)容集中于硒化銻基的太陽(yáng)能電池制作和性能提高。論文主要分為以下幾個(gè)部分，具體內(nèi)容如下:
　　第一部分論文通過(guò)濺射方法制備銻金屬預(yù)制膜隨后硒化的方法來(lái)制備硒化銻薄膜，對(duì)比了不同硒化方式對(duì)薄膜的影響。論文首先系統(tǒng)研究了硒化條件對(duì)硒化銻薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)退火

5、溫度較高時(shí)，硒化銻會(huì)伴有較大的損失。但是通過(guò)XRD測(cè)試分析可以發(fā)現(xiàn)制備的硒化銻薄膜中存在有高阻的晶面，將會(huì)影響器件性能，因此采取另一種硒化方式，使用快速退火設(shè)備進(jìn)行硒化，并且系統(tǒng)研究了硒化溫度、硒化時(shí)間以及升溫速率對(duì)硒化銻薄膜結(jié)構(gòu)、形貌以及光學(xué)帶隙的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)退火溫度在400℃，退火時(shí)間10分鐘時(shí)制備的硒化銻薄膜比較適合制備太陽(yáng)能器件。同時(shí)對(duì)比了兩種不同硒化方式對(duì)硒化銻薄膜形貌結(jié)構(gòu)的影響。
　　第二部分研究了CdS與Sb2Se3

6、異質(zhì)結(jié)界面問(wèn)題，初步表征了水浴法在Sb2Se3薄膜上制備的CdS的結(jié)構(gòu)形貌，并且通過(guò)XPS測(cè)試方法研究了CdS與Sb2Se3異質(zhì)結(jié)的能帶偏移問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)CdS與Sb2Se3形成Ⅱ類接觸。另外探索了另一種緩沖層ZnS與Sb2Se3的接觸問(wèn)題，同樣研究了其與Sb2Se3的能帶偏移，發(fā)現(xiàn)ZnS與Sb2Se3形成Ⅰ類接觸。CdS與ZnS都可以作為薄膜電池中緩沖層材料。
　　第三部分嘗試制備類CIGS結(jié)構(gòu)的Sb2Se3薄膜太陽(yáng)能電池器件，以C