錫硫化合物薄膜的制備及其光電特性研究.pdf

1、太陽能是一種清潔可再生能源,對環(huán)境無污染,儲量豐富,因此對其的開發(fā)利用已成為解決人類能源危機的重要方向,而太陽能電池也因此成為利用太陽能的主要途徑之一。但目前限制太陽能電池應用的關(guān)鍵問題是其發(fā)電成本較高,因此提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本是其發(fā)展的必然趨勢。
　　錫硫化合物屬于Ⅳ-Ⅵ族半導體化合物材料,具有優(yōu)異的半導體性能。其中,SnS的光學帶隙為1.5eV,接近于太陽能電池的最佳禁帶寬度,吸收系數(shù)α>104cm-1,

2、理論上的能量轉(zhuǎn)換效率達到25％。同時SnS的組成元素S和Sn在地球上的儲量豐富,價格較低,具有良好的環(huán)境兼容性,因此其在太陽能電池材料方面具有獨特的優(yōu)勢,特別適合用作太陽能電池的光吸收層材料。目前,以SnS作為吸收層材料的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高達到2%左右,其光電轉(zhuǎn)換效率具有較大的提升空間。
　　本論文主要從降低錫硫化合物薄膜的生產(chǎn)成本,優(yōu)化制備工藝,尋找一種適合于工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法入手,并對薄膜的可控制備進行了技術(shù)研究,

3、主要工作如下:
　　(1)改進等離子體化學氣相沉積方法,將固態(tài)源與等離子體增強化學氣相法(PECVD)相結(jié)合。改進后可以擴大等離子體增強化學氣相沉積法的應用范圍,而且也可以同時結(jié)合氣態(tài)源和固態(tài)源制備成分更加復雜的薄膜。
　　(2)以固態(tài)原料為源材料,采用PECVD法進行SnS薄膜材料的制備,探討了不同射頻功率、硫源材料、基板材料、沉積溫度、退火溫度對薄膜性能的影響。結(jié)果表明:以Na2S2O3·5H2O作為硫源,在射頻功率15

4、0W,沉積溫度400℃,退火溫度450℃條件下制備的SnS薄膜具有較大的吸收系數(shù)(>105cm-1),適宜的禁帶寬度(1.5eV),適合作為吸收層材料。
　　(3)采用改進后的PECVD法,以Na2S2O3·5H2O和S分別作為固態(tài)硫源,當改變原料中S和Sn的化學計量比時,可獲得具有納米花狀和納米墻兩種表面形貌的SnS2薄膜。利用Na2S2O3·5H2O作為硫源,射頻功率200W,沉積溫度250℃,退火溫度350℃條件下獲得的Sn

5、S2薄膜具有良好的光學性能,適合作為窗口材料。
　　(4)嘗試制作了FTO/n-SnS2/p-SnS/Ag和FTO/n-SnS2(TiO2)/p-SnS/Ag結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池,前者的開路電壓Voc=0.35V,短路電流Isc=7.54μA,電流密度J=0.1508mA/cm2,填充因子FF=0.55。后者的開路電壓Voc=0.484V,短路電流Isc=7.52μA,電流密度J=0.1503mA/cm2,填充因子FF=0.