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太阳能是一种清洁的取之不尽、用之不竭的能源,而太阳能电池是一种能直接将光能转换成电能的器件。由于太阳能电池具有转化能量过程清洁、几乎无污染、体积小、放置简易等优点引起人们的关注。CZTS薄膜太阳能电池对环境污染小、吸收系数高、带隙合适、理论转换效率为32.2%,而且其组成材料丰度高,是一种有前景的太阳能电池。但是CZTS薄膜太阳能电池主要使用CdS材料来作为缓冲层,而CdS有毒,不适合可持续发展。In2S3是一种有发展前景的无毒缓冲层材料,但始终未能使CZTS薄膜太阳能电池有较好的性能,这制约着其发展与应用。本文正是在上述背景下对In2S3缓冲层展开研究,并结合CZTS来制备太阳能电池,主要的研究内容和研究结果如下:1.研究了不同退火温度下的本征In2S3薄膜的光电特性。研究表明在本论文使用的制备方法(真空热蒸发法)下,In2S3薄膜是间接带隙。综合薄膜的光学特性、电学特性以及物相结构,得出In2S3薄膜的最佳退火条件为:在Ar气的保护下,300℃退火1小时。2.通过叠层蒸发的方法制备了不同Cu掺杂浓度的In2S3薄膜,掺杂浓度(原子比)分别为7at.%和10at.%,并用霍尔、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射光谱(XRD)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)和椭圆偏振光谱仪(SE)研究了 Cu掺杂对In2S3薄膜的结构、光学和电学性质。结果表明,未掺杂的和掺杂的样品都是n型导电的,并且掺杂的样品有更低的电阻率。XPS研究表明掺杂的样品中Cu以Cu0或Cu+形式存在。XRD分析表明,Cu掺杂并未改变In2S3薄膜的晶体结构,也未生成其他结晶化合物。椭圆偏振光谱分大表明,Cu会在长波段使In2S3薄膜的折射率n变小,而在短波段使其增大。研究还表明Cu掺杂使In2S3薄膜的禁带宽度增大,当掺杂浓度为7at.%,带隙增加为1.96eV,当掺杂浓度进一步增加到10at.%时,带隙增大至2.02eV。3.用XPS研究了缓冲层生长温度对CZTS/In2S3异质结带阶的影响。当缓冲层生长温度分别为未加热、100℃、150℃、200℃时,价带阶分别为0.28、0.28、0.34和0.42eV,导带阶分别为0.3、0.41、0.22和0.01 eV。同时,我们还研究了缓冲层生长温度对CZTS电池性能的影响。研究表明缓冲层生长温度为150℃的电池性能是最优的,转化效率为0.26%。其他温度生长的太阳能电池效率分别为0.11%(未加热)、0.008%(100℃)、0.03%(200℃)。造成电池效率不同的原因有可能是缓冲层生长温度的不同使得异质结的导带阶(CBO)也不同,从而影响了电池的性能。当缓冲层生长温度为200℃,较高的缓冲层生长温度使得大量的Cu元素扩散到缓冲层,降低了 CZTS/In2S3异质结的质量,导致电池的性能劣化。