【摘 要】
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全球气候变化给人类社会带来重大威胁,越来越多的国家将“碳中和”上升为国家战略,因此寻找清洁可再生能源成为各国发展的目标。在各种清洁能源中,太阳能因储量丰富、分布广泛而备受关注。薄膜太阳能电池因成本低、便携可柔性及应用范围广等优势成为各种太阳能电池技术中的研究热点。虽然传统的碲化镉和铜铟镓硒薄膜太阳能电池实验室转换效率分别达到了22.1%和23.4%,但是Cd、Te的毒性和In、Ga的稀缺性限制了其
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全球气候变化给人类社会带来重大威胁,越来越多的国家将“碳中和”上升为国家战略,因此寻找清洁可再生能源成为各国发展的目标。在各种清洁能源中,太阳能因储量丰富、分布广泛而备受关注。薄膜太阳能电池因成本低、便携可柔性及应用范围广等优势成为各种太阳能电池技术中的研究热点。虽然传统的碲化镉和铜铟镓硒薄膜太阳能电池实验室转换效率分别达到了22.1%和23.4%,但是Cd、Te的毒性和In、Ga的稀缺性限制了其进一步发展,因此亟需开发新的薄膜太阳能电池技术。锑硫硒（Sb2（S,Se）3）是一种一维链状结构的新型光伏材料,具有易柔性、吸收系数大和原料价格低廉且无毒稳定等优势,特别是其带隙可在1.17～1.70 e V之间连续调节,覆盖了Shockley-Queisser理论最佳值（1.34 e V）,太阳能电池理论转换效率达33.6%,最佳带隙Sb2（S,Se）3薄膜的研究具有重要意义。在本工作开始之前,Sb2（S,Se）3薄膜太阳能电池最高光电转换效率仅为6.63%,远低于其理论值,主要原因是短路电流密度(JSC)和开路电压(VOC)难以协同提高。因此本论文以提升Sb2（S,Se）3薄膜太阳能电池性能为目标,围绕薄膜制备方法、带隙调控和能带设计三方面展开研究,主要内容如下:（1）基于硒化锑（Sb2Se3）和硫化锑（Sb2S3）熔点低、蒸气压大、可任意比互溶形成Sb2（S,Se）3合金的特点,开发双源气相转移沉积技术并与Sb2Se3和Sb2S3共蒸发结合制备Sb2（S,Se）3薄膜,实现了薄膜带隙在1.31～1.70 e V之间连续可控调节,为Sb2（S,Se）3薄膜电池制备奠定了工艺基础。（2）由于Sb2Se3和Sb2S3双源同时加热制备出梯度带隙的Sb2（S,Se）3合金薄膜,因此光生电子向前表面传输时被阻挡,引起载流子在背表面严重复合降低器件JSC,采用平衡双源蒸气压的方法,制备出最佳带隙均相的Sb2（S,Se）3薄膜太阳能电池,显著改善了载流子的传输,将器件的JSC从8.6 m A cm-2提升到25.2 m A cm-2,进而器件效率从2.50%提升至7.03%。（3）基于V型能带结构可以协同提高太阳能电池JSC和VOC的理论,通过组分调控制备出V型能带结构的Sb2（S,Se）3薄膜太阳能电池,保持器件具有较高VOC的同时提高载流子的收集效率从而将JSC提升至30.8 m A cm-2,并将Sb2（S,Se）3薄膜太阳能电池转换效率进一步提升到7.73%。
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