熱蒸發(fā)法制備硒化銻(Sb2Se3)薄膜太陽能電池及其性能研究.pdf

1、太陽能電池是一種將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件，其中薄膜太陽能電池因其效率高、易柔性、適合建筑集成等優(yōu)異的性能而被廣泛關(guān)注。目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的薄膜太陽能電池主要有銅銦鎵硒和碲化鎘電池，但其制備過程中用到的In和Ga均為昂貴金屬，且Cd具有生物毒性，所以人們希望能制備出一種廉價(jià)且無毒的薄膜太陽能電池。近期研究發(fā)現(xiàn)，V2-VI3族化合物材料硒化銻，具有非常大的吸光系數(shù)與合適的禁帶寬度，且其組成元素在地殼中的豐度較高且毒性較低，是一種優(yōu)良的吸光

2、層材料；同時(shí)其具有熔點(diǎn)低、飽和蒸氣壓大的特點(diǎn)，且組成是二元單相，有利于熱蒸發(fā)制備成膜。據(jù)此，本課題圍繞著熱蒸發(fā)法制備硒化銻太陽能電池開展了一系列研究和探討：
　　（1）首先系統(tǒng)研究熱蒸發(fā) Sb2Se3膜層的制備工藝、微觀形貌及電池器件。分析硒化銻蒸氣壓的溫度依賴性，并對沉積條件進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，主要關(guān)注襯底溫度的影響，通過掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、拉曼光譜、X射線光電子能譜（XPS）以及光響應(yīng)研究沉積的硒

3、化銻膜層的形態(tài)、組分和光敏性。選用CdS作為n型層構(gòu)建了底襯結(jié)構(gòu)的太陽電池，獲得了2.1％的光電效率，從而為硒化銻薄膜在太陽能電池中的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　?。?）針對熱蒸發(fā)沉積Sb2Se3薄膜過程中易形成Se空位深缺陷的問題，開發(fā)了可控的原位分段通氧工藝，從而使Sb2Se3薄膜太陽能電池的開路電壓、短路電流密度以及填充因子得到了極大的提升，轉(zhuǎn)換效率最終提升至4.8%；通過表征可知，氧不僅能有效地減少CdS/Sb2Se3界面缺陷

4、，還能鈍化Sb2Se3薄膜中Se空位深缺陷，從而顯著提升器件性能。
　?。?）基于密度泛函理論對硒化銻的缺陷性質(zhì)進(jìn)行模擬計(jì)算，其結(jié)果表明，在富硒環(huán)境下，能有效抑制深缺陷的形成，促進(jìn)淺缺陷的形成?；谀M結(jié)果，設(shè)計(jì)了簡便易行的原位補(bǔ)硒實(shí)驗(yàn)方案。通過變溫電導(dǎo)和瞬態(tài)光吸收測試，對富硒和貧硒環(huán)境中沉積的硒化銻薄膜的缺陷性能進(jìn)行了表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明補(bǔ)硒可以有效的鈍化深缺陷，提高P型摻雜濃度，將器件性能從2.92%提高到5.46%。最后，通過