基于溶液法制备硫化亚锡薄膜及其光电性能研究

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锡元素和硫元素在地壳中储量丰富,提取工艺完备,供应链发达,可以满足第三代光伏材料要求。目前为止,制备Sn S薄膜的常用方法为电化学沉积、真空镀膜、原子层沉积法等。但上述方法在实际应用中存在着许多局限性。为了克服这些限制,急需开发一种基于溶液制备硫化物薄膜的替代工艺,可用于高效生产稳定高效的Sn S薄膜太阳能电池。本文介绍了一种用溶液法制备高质量的Sn S活性层太阳能电池的方法,实现了一种溶液法制造Sn S薄膜的替代方案,该方法可以更好地控制薄膜的覆盖率和形貌。通过调节前体溶液浓度、退火参数、旋涂速度可控制Sn S薄膜的形貌及尺寸。随后,本文将该薄膜作为太阳能电池的光吸收层,并将其制备成正装的Ti O2/Sn S异质结器件,探寻最优参数。当溶质配比为无水Sn Cl2:TU=1:0.8时,器件的开路电压VOC能达到0.26 V,短路电流密度为8.6 m A cm-2,填充因子FF为31.7%,其器件的转换效率PCE达到了0.71%。在300℃的温度下退火处理10 min,得到的器件效率最高,其光电转换效率能够达到0.88%,填充因子为31.7%,短路电流密度JSC为10.53 m A cm-2,开路电压VOC为0.25 V。当薄膜的旋涂速度为3000 rpm,组装器件的光电转换效率最高。在此基础上,我们提出了两种可以用于提高Sn S太阳能电池器件效率的方法。探究了离子掺杂对于Sn S薄膜表面形态,微观晶体结构和光电性能的影响,5 at%Nd3+掺杂Sn S薄膜在制备出的器件中拥有最高效率PCE为1.17%。未封装的器件置于湿度为36%的空气环境下保存28天损失率为31.6%。后续尝试使用了几种空穴传输层材料对Sn S表面缺陷进行修饰和钝化,提高太阳能电池器件的整体性能表现和稳定性。P3HT与PC61BM共混的器件达到最高器件效率效率为1.65%。且器件在未封装的器件置于湿度为36%的空气环境下保存28天损失率仅为30.3%。
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