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新型的化合物半导体如有机无机杂化钙钛矿和铜锌锡硫硒在薄膜电池上已经得到广泛的研究与关注。相比于上述热点研究的几种吸收层材料,硒化锑(Sb2Se3)不仅包含环境友好型的化学元素,同时具有禁带宽度合适(1.17 eV)、吸光系数大(105 cm-1)、物相简单(二元单相)、原材料便宜无毒、长晶温度低等优势,非常有希望制备高效率低成本的薄膜电池。根据Shockley-Queisser理论计算,单结Sb2Se3薄膜太阳能电池的理论效率能达到30%以上。本课题主要围绕快速蒸发法制备的Sb2Se3薄膜太阳能电池中的N型缓冲层和背场进行研究与探讨:在我们研究前期,Sb2Se3电池的N型缓冲层CdS是通过化学水浴沉积法制备的,CdS表面存在杂质,易形成缺陷造成器件界面复合损失。本文发展了利用CdCl2在空气中对CdS薄膜热处理的方法,改善CdS薄膜的质量,进而提高其与Sb2Se3吸收层的异质结界面质量。通过比较处理前后器件的品质因子(A)、饱和暗电流密度(J0)以及性能数据,并结合处理前后CdS薄膜粗糙度(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)以及透过率(transmission)等表征,我们发现该处理方法引入的Cl和O有利于钝化CdS薄膜缺陷,最终实现5.6%的认证器件效率。由于Sb2Se3薄膜具有低的掺杂浓度(1013 cm-3),因此将其与CdS缓冲层构建薄膜电池时,将导致低的内建电场强度和器件开路电压。鉴于此,我们提出了在Sb2Se3电池背场添加一层空穴传输层,并通过SCAPS软件的模拟,确定了空穴收集层的一般要求。我们优选PbS量子点作为空穴传输层,通过量子点大小和成膜工艺优化,不仅有效地减少Sb2Se3体内缺陷的复合,降低Sb2Se3器件背电场的势垒,而且还能提高器件的均匀性,获得了 6.5%的认证效率。我们又尝试了无毒的Cu-Sb-S量子点取代PbS量子点,发现Cu具有活化Sb2Se3薄膜的作用。最后,我们使用了 Cu(NO3)2溶液取代量子点处理Sb2Se3背场并取得了不错的器件性能。目前效率最高的的顶衬结构Sb2Se3电池都是以剧毒的CdS作为缓冲层,本论文对ZnO作为无毒缓冲层进行了研究。我们将硝酸锌水溶液作为前驱体使用喷涂镀膜的方法制备ZnO薄膜,通过工艺优化,得到高质量的ZnO薄膜。研究发现喷涂工艺可以调节ZnO薄膜的取向,随机取向的ZnO薄膜可以诱导[221]取向的Sb2Se3薄膜生长。ZnO基底与Sb2Se3薄膜的取向强关联性通过XRD和TEM分析证实,进一步的界面原子模型和表征分析表明随机取向ZnO构建的器件界面缺陷更少且效率更高。通过一系列的工艺优化和Sb2Se3背场清洗,得到认证效率为5.93%的全无毒ZnO/Sb2Se3电池。由此制备的电池还展现出极佳的湿热、负载、紫外光照和热震稳定性,且其未封装器件基本达到IEC61646工业标准,并通过进一步的电学与材料表征以及第一性原理计算表明界面无扩散、ZnO吸光弱是器件稳定性提高的主要原因。本项工作初步解决了缓冲层毒性和器件稳定性问题,推动了 Sb2Se3薄膜电池的进一步发展。