硒化銻薄膜太陽能電池的器件物理研究.pdf

1、在能源需求不斷增大，礦物能源逐漸消耗，環(huán)境問題日益凸顯的今天，清潔能源的研究與利用，以及將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池，越來越受到研究人員的重視。雖然目前主流的太陽能電池是硅電池，薄膜電池因其輕便與柔性的特點也有特殊的應用價值。傳統(tǒng)的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池與碲化鎘(CdTe)薄膜電池取得了較高性能，同時在成本與環(huán)境安全性上有不足之處，因而探尋新型薄膜電池材料成為近年來的研究熱點。
　　本課題組經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)硒化銻(Sb2Se3

2、)是一種具有優(yōu)良光電性能的材料，但其在太陽能電池領(lǐng)域相關(guān)的研究報道比較少，進而本課題致力于Sb2Se3薄膜太陽能電池制備與研究，著重從器件物理的角度對電池性能加以分析，研究其基本規(guī)律及影響因素，為工藝改進提供意見，最終制備出高性能的電池器件。
　　本文的工作內(nèi)容涉及薄膜電池制備與器件物理研究兩個領(lǐng)域。首先，本文介紹了Sb2Se3薄膜太陽能電池以及薄膜電池器件物理的研究進展。其次，從電流電壓、電容以及量子效率三個角度，闡述了器件物理

3、研究理論、特性及表征方法分析，奠定了課題研究的理論基礎。然后，介紹了采用熱蒸發(fā)與快速熱蒸發(fā)兩種方法制備Sb2Se3薄膜太陽能電池的實驗步驟，以及后續(xù)的退火和氧氣處理等優(yōu)化工藝。最后，從載流子輸運機制分析和缺陷與損耗分析兩個方向出發(fā)，采用上述三種表征方法測試器件性能，計算電池性能參數(shù)、二極管參數(shù)以及電容相關(guān)參數(shù)，綜合多種理論對表征結(jié)果加以合理分析，將理論與實驗結(jié)合針對開路電壓、短路電流、填充因子等關(guān)鍵參數(shù)進行研究，并結(jié)合能帶圖與材料特性加

4、以闡述，為進一步優(yōu)化提升電池性能做好鋪墊。
　　通過對Sb2Se3薄膜電池制備工藝參數(shù)調(diào)節(jié)與優(yōu)化，采用熱蒸發(fā)法制備的器件達到0.33 V的開路電壓，22.9 mA/cm2的短路電壓密度，以及3.58％的光電轉(zhuǎn)換效率。輸運機制研究表明性能的主要限制因素是低開路電壓，主要復合機制是隧穿增強情況下費米能級釘扎的界面復合，激活能EA=0.92 eV。損耗研究表明兩大主要限制因素是界面復合與背電極復合，這兩處的缺陷密度比較大進而嚴重影響性能