【摘 要】
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随着社会的飞速发展,常规能源的消耗日益增多,发展可再生能源等新能源成为应对能源短缺问题的重要举措。当前,国家与社会不断为光伏行业注入新鲜血液,使光伏太阳电池得到了蓬勃发展。而今,晶硅太阳电池的发展已趋于成熟,新型无机半导体薄膜材料正在成为新的聚焦点。其中以Sb2S3、Sb2Se3为代表的锑基薄膜材料因具有材料丰富、低毒、较高光吸收系数及光电特性优异等优势,在新型太阳电池产业中具有广阔的应用前景。但
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随着社会的飞速发展,常规能源的消耗日益增多,发展可再生能源等新能源成为应对能源短缺问题的重要举措。当前,国家与社会不断为光伏行业注入新鲜血液,使光伏太阳电池得到了蓬勃发展。而今,晶硅太阳电池的发展已趋于成熟,新型无机半导体薄膜材料正在成为新的聚焦点。其中以Sb2S3、Sb2Se3为代表的锑基薄膜材料因具有材料丰富、低毒、较高光吸收系数及光电特性优异等优势,在新型太阳电池产业中具有广阔的应用前景。但Sb2S3的带隙较宽约为1.7 e V,Sb2Se3的带隙又较窄大约在1.1 e V。因而,可以利用Sb2S3材料的元素种类少易于掺杂的优势,用溶胶凝胶法先制备出Sb2S3前驱体薄膜,再通过Se粉将其硒化得到一种带隙可调的Sb2(S,Se)3三元化合物薄膜,以此来增强薄膜的光吸收。因此,本文主要通过对前驱体薄膜的制备工艺及后硒化处理工艺的探索,研究了不同Sb2(S,Se)3薄膜制备工艺参数对Sb2(S,Se)3薄膜结构、形貌及光电特性的影响。将制备好的Sb2(S,Se)3薄膜应用在结构为FTO/Ti O2/Sb2(S,Se)3/C的薄膜太阳电池中,并取得了一定的转换效率。首先将溶胶凝胶法制备的Sb2S3前驱体薄膜分别采用不同处理方式(仅退火处理、表面进行硫代乙酰胺处理后再退火处理、后硒化处理),制备出Sb2S3,Sb2S3(TA)及Sb2(S,Se)3三种薄膜,再通过对三种薄膜性能参数的表征来系统探究表面处理与后硒化处理对环境条件下溶胶凝胶法制备的Sb2S3薄膜性能的影响。通过XRD、Raman、SEM、EDS、UV及光电化学测试等进行表征。结果发现,通过对吸收层薄膜进行表面处理和后硒化处理都可以提升薄膜性能,经过表面处理的薄膜会变得更加致密;但后硒化处理制备出的Sb2(S,Se)3薄膜,在结构上更有利于载流子传输,在光吸收上更充分,光电性能方面的提升更为显著。探索不同预热温度,不同旋涂层数对Sb2(S,Se)3薄膜性能的影响。由XRD、Raman、SEM、EDS、UV及光电化学测试等分析表明:当预热温度为200℃,旋涂层数为2层(0.43μm)时,制备的Sb2(S,Se)3薄膜性能最好,光电流密度最大,暗电流相对最平稳,制备出的电池效率最高为0.4730%。探索不同硒化温度、不同硒化时间、不同硒粉量的硒化处理工艺对Sb2(S,Se)3薄膜性能的影响。由XRD、Raman、SEM、UV及光电化学测试等分析表明:硒化温度为300℃,硒化时间为6 min,硒粉量为0.0078 g时,制备出的Sb2(S,Se)3薄膜性能最好。利用硒化的最佳工艺参数制备Sb2(S,Se)3薄膜太阳电池,其开路电压为0.2509 V,填充因子为32.6587%,短路电流密度为12.7638 m A/cm~2,电池效率为1.0462%。经过一系列的工艺探究,Sb2(S,Se)3薄膜太阳电池效率由初始时的0.3776%最终提升到了1.0462%,取得了较大进步。
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