Zn(O,S)缓冲层薄膜的制备及其在太阳能电池上的应用

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Zn(O,S)薄膜是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料,它的带隙约为2.6eV-3.6 eV。它可以通过调节氧和硫的原子成分来控制自身的禁带宽度,进而控制吸收层和缓冲层之间导带阶,具有原料丰富、成本低廉、带隙可调的优点。因此,Zn(O,S)薄膜材料已成为最有希望的CdS缓冲层替代材料之一。本文采用电子束蒸发法制备ZnS薄膜,然后在氧气氛围下氧化ZnS薄膜的方法,成功地在玻璃衬底上获得了 Zn(O,S)薄膜。研究了制备工艺对Zn(O,S)薄膜物相结构、组分、形貌及光电性能的影响;并对CZTS/Zn(O,S)和SnS/Zn(O,S)异质结的Ⅰ-Ⅴ特性进行了研究。主要研究结果如下:1、研究了氧化温度和氧化时间对Zn(O,S)薄膜的物相结构、组成成分、表面形貌和光电性能的影响。研究表明,随着氧化温度的增大,薄膜的物相结构发生较大的变化,组成成分中的氧含量逐渐增大而硫含量逐渐减小;薄膜表面呈现出更加致密平整的趋势;薄膜的禁带宽度逐渐减少,电阻率先减小后增大。随着氧化时间的增大,Zn(O,S)薄膜组成成分中的氧含量基本不变,薄膜的表面形貌变好;薄膜的禁带宽度逐渐减小,电阻率呈逐渐增大的趋势。当氧化温度为400℃,氧化时间为2.0h时,Zn(O,S)薄膜的禁带宽度为3.36eV,电阻率为3.22×103Ω·cm,其光电性能较符合太阳能电池缓冲层的要求。2、研究了 Zn(O,S)缓冲层的氧化温度、氧化时间和厚度不同时CZTS/Zn(O,S)异质结的Ⅰ-Ⅴ特性。结果表明,不同条件下制备出的异质结都具备一定的整流特性。当Zn(O,S)缓冲层的氧化温度为400℃、氧化时间为2.0 h、厚度为100 nm时,制备出的CZTS/Zn(O,S)异质结表现出良好的整流特性。3、研究了 Zn(O,S)缓冲层的氧化温度、氧化时间、厚度和SnS吸收层的退火温度对SnS/Zn(O,S)异质结的Ⅰ-Ⅴ特性的影响。结果表明,不同条件下制备出的异质结都具备一定的整流特性。当Zn(O,S)缓冲层的氧化温度为450℃,氧化时间为2.0h,厚度为150nm,SnS的退火温度为250℃时,制备出的SnS/Zn(O,S)异质结表现出良好的整流特性和最佳的光响应。
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