【摘 要】
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硒化锑（Sb2Se3）太阳电池由于其原材料丰富、结构稳定、光电特性优异而受到越来越多的关注。通过近几年的发展,Sb2Se3太阳电池的转换效率得到了快速提高,但相比于碲化镉和钙钛矿太阳电池仍具有较大差距,需进一步探究提升Sb2Se3太阳电池光电性能的方法。本论文结合模拟仿真与实验制备两种研究方式,探索了氧化镉（CdO）电子传输层在Sb2Se3太阳电池中的应用效果,分析了CdO电子传输层制备条件以及C
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硒化锑（Sb2Se3）太阳电池由于其原材料丰富、结构稳定、光电特性优异而受到越来越多的关注。通过近几年的发展,Sb2Se3太阳电池的转换效率得到了快速提高,但相比于碲化镉和钙钛矿太阳电池仍具有较大差距,需进一步探究提升Sb2Se3太阳电池光电性能的方法。本论文结合模拟仿真与实验制备两种研究方式,探索了氧化镉（CdO）电子传输层在Sb2Se3太阳电池中的应用效果,分析了CdO电子传输层制备条件以及CdCl2处理对器件载流子输运特性的影响,以此提高CdO电子传输层的Sb2Se3太阳电池性能。本论文主要研究内容如下:（1）通过模拟仿真优化Sb2Se3太阳电池电子传输层能级分布、缺陷态、电子迁移率及掺杂浓度,明晰电子传输层参数对Sb2Se3太阳电池的影响机理。研究表明,电子亲和势在低于4.0 e V和高于4.4 e V时,均会降低载流子输运能力和增加Sb2Se3层复合率,而电子亲和势在4.0 e V～4.4 e V之间能获得较高的Sb2Se3太阳电池性能;缺陷态增加会降低电子传输层的载流子输运能力,使Sb2Se3层能带结构变缓,因此缺陷态不应高于1018 cm-3。在电子亲和势和缺陷态分别为4.2 e V、1018 cm-3时,可获得13.16%的光电转换效率。电子迁移率增加可减少Sb2Se3前端的载流子堆积,进而降低电子传输层和Sb2Se3层前端的载流子复合率,当电子迁移率超过10-1 cm~2V-1s-1后,光电转换效率可达到13%以上;掺杂浓度达到1018 cm-3后电子传输层和Sb2Se3层前端载流子浓度较高,长波响应增强,若电子迁移率低于10-1 cm~2V-1s-1,掺杂浓度在1019 cm-3以上能弥补电子传输层迁移率偏低的不足,可获得13.09%以上的器件转换效率。本文通过模拟仿真为电子传输层的优化指明了方向,可为CdO电子传输层在Sb2Se3太阳电池的实际应用提供理论指导。（2）首次构建了CdO电子传输层的Sb2Se3太阳电池,通过实验研究了CdO电子传输层的最佳制备方式和处理条件来提高电池性能。首先,在几种制备方法中,优选了Cd（CH3CO2）2水溶液喷雾热解制备CdO薄膜,所获材料电导率更高（相比CdCl2）,其上生长Sb2Se3薄膜的纵向择优更强,器件内载流子复合少;然后,探索了以Cd（CH3CO2）2水溶液为镉源,制备CdO薄膜的最佳实验条件,研究显示在300℃,采用0.3 M的Cd（CH3CO2）2水溶液,以0.5 m L/min的喷涂速度喷涂20 min,可获得最佳的CdO薄膜形貌和电导率,其上生长的Sb2Se3层致密,择优取向更好,获得了3.20%的光电转换效率;最后,采用CdCl2处理CdO电子传输层,可钝化CdO与Sb2Se3界面缺陷,优化调控Sb2Se3生长取向,获得了4.46%的最佳转换效率。本论文提供了一种提高CdO电子传输层的Sb2Se3太阳电池性能的低成本方法,为Sb2Se3太阳电池发展提供了技术支持。
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