论文部分内容阅读
在新能源的开发和利用过程中，太阳能电池的应用成为了其中发展最快﹑最具影响力的研究领域之一。其中，制作太阳能电池的半导体材料是科研工作者们的研究重点之一。很多具有P型或是N型性质的半导体材料受到了科研工作者们的广泛关注。这些不同性质的半导体材料复合以后在其界面上可以形成P-N结，促使光生电子-空穴对有效的分离，因此P-型半导体和N-型半导体的复合得到了越来越广泛的研究。硒化镉（CdSe）是一种N型半导体材料，室温下禁带宽度为1.76eV，属直接跃迁型能带结构，可以有效的吸收可见光的能量，因此在光伏器件的应用方面有着非常广阔的前景。碲化镉（CdTe）是一种P-型半导体材料，室温下禁带宽度为1.45eV，属间接跃迁型能带结构，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好的光电压材料，具有很高的理论转换效率（28%），而且性能很稳定，一直被光伏界看重，是技术上发展较快的一种薄膜太阳能电池。从实验研究来看，CdTe容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高，如果可以得到CdSe/CdTe的异质结，对于提高其光电性能是有利的。然而关于纳米棒阵列CdSe/CdTe薄膜异质结的制备及其光电性能的研究尚少。本文中，我们以ITO为基底，在其表面制备CdSe纳米麦穗阵列薄膜，同时在其表面生长CdTe薄膜，并对其性能进行了研究。主要工作如下：（1）以ITO为基底，采用电化学沉积的方法在其表面生长CdSe微米棒阵列薄膜，通过测试在不同电解质溶液中的循环伏安特性找到了沉积CdSe微米棒阵列薄膜的最佳沉积电位。样品在光电转换测试过程中，光照强度为100mW/cm2时，样品的开路电压、短路电流密度和光电转换效率分别为0.398V、1.57mA/cm2和0.256%。（2）同样以ITO为基底，采用相同的制备过程，通过降低溶液中的硫酸摩尔浓度，在其表面制得CdSe纳米麦穗阵列薄膜。当溶液中的硫酸摩尔浓度在0.208mol/L时，制备出的CdSe纳米麦穗阵列薄膜具有更完好的形貌。结合不同反应阶段阵列的形貌分析了其生长机制。对使用不同硫酸摩尔浓度的电解质溶液制备出的纳米麦穗阵列薄膜进行了光电转换特性研究，结果显示，相比于CdSe微米棒阵列薄膜，纳米麦穗阵列薄膜具有更好的光电特性，样品的开路电压、短路电流密度和光电转换效率分别可以达到1.08V、4.06mA/cm2和1.15%。相比CdSe微米棒阵列薄膜的结果，其原因是CdSe纳米麦穗阵列薄膜比表面积远大于CdSe微米棒阵列，可以通过提高光散射强度来增强光的捕获能力，而且样品与测试的电解液有更大的接触面积，从而决定其光电转换性能更优。（3）用近空间升华的方法，在CdSe纳米麦穗阵列薄膜表面制备具有闪锌矿结构的CdTe薄膜，厚度约为10μm。从SEM图片可以观察到，CdTe薄膜较好的生长在了CdSe纳米麦穗阵列薄膜表面。样品的紫外-可见吸收测试结果表明，由于CdTe与CdSe的复合，样品在红外区也有了明显的吸收。样品的I-V曲线表明CdSe和CdTe的复合形成了P-N结。因此可以证明，制备出了具有光伏效应的CdSe/CdTe薄膜异质结光电池，其开路电压为0.274V，短路电流密度为8.34mA/cm2，光电转换效率为0.557%。该电池在太阳光谱范围内的入射光量子转换效率（IPCE）的测试结果显示，在786nm时可以达到17.2%的光电转换效率，并进一步探讨了此种光电池的光电转换机制。