SnS/In2S3异质结基础研究

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硫化亚锡(SnS)是正交晶系的化合物,其导电类型一般为P型;禁带宽度介于1.1-1.5 eV之间;吸收系数大于1 ×104 cm-1;理论光电转化效率可达25%,其构成元素储量丰富、无毒。因此,SnS薄膜作为太阳电池吸收层材料具有广阔的应用前景。本文采用热蒸发法制备金属电极、SnS和硫化铟(In2S3)薄膜。探究热退火处理对SnS和In2S3薄膜的物相、结构、形貌及光电性能的影响;制备出具有良好整流特性的SnS/In2S3异质结;研究SnS/In2S3异质结的能带结构和退火条件对其整流特性的影响。主要研究结果如下:1、研究了 SnS和In2S3薄膜的制备工艺。退火对SnS薄膜的电学特性和物相的影响很显著。在250-300℃范围内,SnS薄膜存在SnS2杂相,其载流子浓度随退火温度的升高和退火时间的延长而增大,电阻率呈减小的趋势。而在350℃退火条件下的SnS薄膜,其载流子浓度却随退火时间的延长而减小,并且主要为Sn2S3相。在300℃,1.5h的退火条件下制备的SnS薄膜性能最佳,其光学禁带为1.48eV,载流子浓度为8.93×1015cm-3,电阻率为638Ω·cm,迁移率为1.10cm2·v-1·s-1。在300℃,1 h的退火条件下制备的In2S3薄膜性能最佳,其光学禁带为2.16eV,载流子浓度为6.53×1017cm-3,电阻率为9.56Ω·cm,迁移率为 3.52Cm2·v·s-1。2、研究了在不同退火条件下Ag、Cu、ITO与In2S3薄膜,以及Ag、ITO、Ag/In与SnS薄膜的接触特性。结果表明,ITO/In2S3和Ag/In/SnS欧姆接触特性良好。采用ITO/In2S3/SnS/In/Ag结构,用于后面的异质结器件制备与研究。3、制备出具有整流特性的SnS/In2S3异质结,并研究了该异质结的能带结构和光电性能。探讨了 In2S3缓冲层厚度和热退火条件对SnS/In2S3异质结整流特性的影响。SnS/In2S3异质结的导带阶△Ec为-0.2eV,该值略低于△Ec的理想范围(0eV<△Ec<0.4eV),这将导致较低的开路电压和填充因子。4、利用wxAMPS模拟仿真软件,结合实际制备的器件结构和参数对SnS/In2S3异质结电池进行模拟仿真,计算得到的电池转换效率约为4.8%。通过wxAMPS的仿真计算,得到以下结果:SnS吸收层厚度为2 μm;In2S3缓冲层的膜厚应当尽可能减小;SnS的最佳载流子浓度为1019cm-3;In2S3的最佳载流子浓度为1014-1015cm-3;器件的最佳工作温度为室温(300K)。
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