论文部分内容阅读
太阳能是一种清洁可再生能源,对环境无污染,储量丰富,因此对其的开发利用已成为解决人类能源危机的重要方向,而太阳能电池也因此成为利用太阳能的主要途径之一。但目前限制太阳能电池应用的关键问题是其发电成本较高,因此提高太阳能电池的光电转换效率和降低生产成本是其发展的必然趋势。锡硫化合物属于Ⅳ-Ⅵ族半导体化合物材料,具有优异的半导体性能。其中,SnS的光学带隙为1.5eV,接近于太阳能电池的最佳禁带宽度,吸收系数α>104cm-1,理论上的能量转换效率达到25%。同时SnS的组成元素S和Sn在地球上的储量丰富,价格较低,具有良好的环境兼容性,因此其在太阳能电池材料方面具有独特的优势,特别适合用作太阳能电池的光吸收层材料。目前,以SnS作为吸收层材料的太阳能电池的光电转换效率最高达到2%左右,其光电转换效率具有较大的提升空间。本论文主要从降低锡硫化合物薄膜的生产成本,优化制备工艺,寻找一种适合于工业化生产的制备方法入手,并对薄膜的可控制备进行了技术研究,主要工作如下:(1)改进等离子体化学气相沉积方法,将固态源与等离子体增强化学气相法(PECVD)相结合。改进后可以扩大等离子体增强化学气相沉积法的应用范围,而且也可以同时结合气态源和固态源制备成分更加复杂的薄膜。(2)以固态原料为源材料,采用PECVD法进行SnS薄膜材料的制备,探讨了不同射频功率、硫源材料、基板材料、沉积温度、退火温度对薄膜性能的影响。结果表明:以Na2S2O3·5H2O作为硫源,在射频功率150W,沉积温度400℃,退火温度450℃条件下制备的SnS薄膜具有较大的吸收系数(>105cm-1),适宜的禁带宽度(1.5eV),适合作为吸收层材料。(3)采用改进后的PECVD法,以Na2S2O3·5H2O和S分别作为固态硫源,当改变原料中S和Sn的化学计量比时,可获得具有纳米花状和纳米墙两种表面形貌的SnS2薄膜。利用Na2S2O3·5H2O作为硫源,射频功率200W,沉积温度250℃,退火温度350℃条件下获得的SnS2薄膜具有良好的光学性能,适合作为窗口材料。(4)尝试制作了FTO/n-SnS2/p-SnS/Ag和FTO/n-SnS2(TiO2)/p-SnS/Ag结构的异质结薄膜太阳能电池,前者的开路电压Voc=0.35V,短路电流Isc=7.54μA,电流密度J=0.1508mA/cm2,填充因子FF=0.55。后者的开路电压Voc=0.484V,短路电流Isc=7.52μA,电流密度J=0.1503mA/cm2,填充因子FF=0.57。上述结果表明,在本实验室条件下已成功制备出锡硫化合物异质结薄膜太阳能电池。本文采用固态源的PECVD法制备出了性能优良的SnS2、SnS薄膜样品,并探索了薄膜制备的最佳工艺参数,为进一步制备出高效率的锡硫化合物薄膜太阳能电池奠定了良好的工作基础。