【摘 要】
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硒（Se）是一种禁带宽度为～1.8 e V的半导体材料,具有绿色无毒、空气稳定性好、吸收系数大(＞10~4 cm-1)与可低温真空制备的优势,光伏应用前景广阔。但Se单质的带隙不在单结太阳能电池的最佳带隙范围内（1～1.5 e V）,因此对Se的带隙调节是其太阳能电池发展的一个重要研究方向。通过Se与小带隙元素的合金化,可实现对其带隙的有效调控,从而有望构建出高性能太阳能电池,但该方向鲜有研究。经
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硒（Se）是一种禁带宽度为～1.8 e V的半导体材料,具有绿色无毒、空气稳定性好、吸收系数大(＞10~4 cm-1)与可低温真空制备的优势,光伏应用前景广阔。但Se单质的带隙不在单结太阳能电池的最佳带隙范围内（1～1.5 e V）,因此对Se的带隙调节是其太阳能电池发展的一个重要研究方向。通过Se与小带隙元素的合金化,可实现对其带隙的有效调控,从而有望构建出高性能太阳能电池,但该方向鲜有研究。经过分析遴选,与Se同主族、同晶体结构且带隙更小（0.33 e V）的碲（Te）被认为是较为理想的选择。故本论文围绕硒碲合金(Se1-xTex)薄膜太阳能电池,从薄膜制备表征、器件结构设计和性能测试分析等方面展开系统研究,确定了其薄膜制备方法、最佳功能层选择与性能损失原理,具体工作如下:（1）Se1-xTex薄膜的制备方法探索与性质表征。为探究组分变化对Se1-xTex带隙的影响,本文基于Se1-xTex对结晶温度和蒸发速率敏感的特点,筛选出温度串扰小、蒸发速度可控的热蒸发法,制备出一系列的Se1-xTex薄膜（x=0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1）。结合光学表征与电学表征分析,实现了Se1-xTex薄膜带隙的精确调控。针对富Te合金薄膜孔洞多的问题,提出“一步结晶”制备方案。通过调控基底温度,加快结晶转变过程,减小因结晶产生的体积收缩,制备出高质量的Se1-xTex合金薄膜,为太阳电池制备奠定了基础。（2）基于热力学计算,筛选适合Se1-xTex薄膜太阳能电池的缓冲层。本文采用Solar cell capacitance simulator（SCAPS）软件对缓冲层的带隙和电子迁移率进行了评估筛选,确定了Ti O2和ZnO为较合适的缓冲层材料。随后通过对Se1-xTex薄膜及缓冲层的反应热力学计算,本文发现ZnO与Se1-xTex薄膜存在界面反应,生成的Zn Se可提高薄膜粘附性,改善界面质量。通过上述分析,本文确定了电子迁移率高、带隙合适、表面活性高以及工艺兼容性强的ZnO为理想的缓冲层材料,并基于此成功实现了ZnO/Se1-xTex太阳能电池的制备。（3）通过器件物理表征,分析Se1-xTex太阳能电池的损失机制和缺陷类型。表征发现Se1-xTex（x=0,0.1,0.3,0.5）效率分别为3.67%、3.24%、2.34%和1.61%,呈现出随Te组分增加而逐渐递减的趋势。结合外量子效率、变光强电流-电压与电容-电压等表征分析可知,富Te薄膜的孔洞及表面的Te O2是限制其器件开压和短路电流的关键原因,为后续的Se1-xTex太阳能电池发展优化指明了方向。
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