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当今社会,工业化的高度发展使得人类对煤、石油等不可再生能源的开采力度逐渐加大,致使不可再生能源消耗殆尽且环境受到极大的破环和污染。探究可再生能源刻不容缓。太阳能作为一种清洁无污染的可再生能源,主要通过光生伏特效应将光能转化为电能,是实现人与自然和谐可持续发展的一种有效方式。传统太阳电池的研发已趋于完善,以晶体硅为代表的第一代太阳电池技术成熟,目前已实现商业化生产。以碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)、铜铟镓硒(CIGS)等为代表的薄膜太阳电池,由于所含元素的稀缺或对人类和环境有毒害等因素使得这些太阳电池发展受限。因此,科研人员对新光伏材料、器件结构的探究从未停止,以期望能够获得转换效率更高、成本更低、稳定性更好的太阳电池满足社会发展需求。硒化锑(Sb2Se3)和硫化锑(Sb2S3)作为一种结构简单的二元无机化合物材料,其吸收系数较高、元素地壳丰度高且对人类环境无毒害。近些年,由于其良好的电荷传输特性以及合适的光学带隙,受到越来越多科研工作者的关注。本文在本课题组对Sb2Se3和Sb2S3太阳电池研究基础上,通过掺杂修饰实现对硒(硫)化锑薄膜电学性质的改善,重点对硒(硫)化锑薄膜掺杂修饰对太阳电池性能的影响进行了研究。具体内容如下:首先,引进富勒烯(C60)修饰Sb2S3以提高其电导率。通过在制备Sb2S3薄膜的前驱体溶液中加入C60,有效提高了薄膜电导率以改进电池中光生载流子的收集,同时保持薄膜的结晶度和光学性能与未经修饰的薄膜基本相同,制备得到的顶衬结构 SnO2:F(FTO)/TiO2/Sb2S3(C60)/Spiro:OMeTAD/Au 的平面异质结太阳电池,较未经C60改性的Sb2S3为吸收层的太阳电池显示出更好的短路电流、填充系数和转换效率。该方法为改善Sb2S3电导率,提高器件效率提供了新的研究方向。其次,引进Ag元素加入到Sb2Se3吸收层中形成(Sb2Se3)x(AgSbSe2)1-x合金,实现了基于Sb2Se3基吸收层的可控载流子浓度。采用近空间升华技术(CSS)沉积(Sb2Se3)x(AgSbSe2)1-x合金薄膜,通过对沉积温度的调控,使得合金薄膜的载流子浓度在1016-1019cm-3范围内实现可调,这个数值远高于纯Sb2Se3的1013-1014cm-3。最终,制备了底衬结构 Au/AZO/i-ZnO/CdS/(Sb2Se3)xx(AgSbSe2)1-x/MoSe2/Mo 结构的太阳电池,相较于纯Sb2Se3太阳电池,开路电压(Voc)及转换效率均有提升,尤其在沉积温度为320℃时,器件的VoC可以达到475mV,在1100小时光照后进一步提高到508mV,在太阳电池中观察到的VoC显著改善>18%,获得7.8%的高转化效率。这种方法为解决基于Sb2Se3太阳电池中低本征载流子密度和高VoC缺陷问题提供了新的研究方向。最后,研究了硒硫化锑三元吸收层,将制备的Sb2(Se1-xSx)3颗粒通过近空间升华技术(CSS)获得具有可控带隙的高质量Sb2(Se1-xSx)3层,制备得到底衬结构Au/AZO/i-ZnO/Cd S/Sb2(Se1-xSx)3/Mo 太阳电池。Sb2Se3:Sb2S3=2:1 的比例下合成的Sb2(Se0.51S0.49)3薄膜的带隙为1.42eV,合适的带隙使得器件的VoC可以达到520mV,转换效率为8.57%。这一实验有助于获得低成本、高效率的Sb2Se3基太阳电池。电学性质是影响电池性能的关键因素,本课题采用多种测试手段深入分析Sb2Se3和Sb2S3的物理特性,通过掺杂修饰等方式研究薄膜电导率、载流子浓度及带隙等因素对器件的影响,为获得高效率太阳电池提供了新的研究方向。在理论研究和实验分析结果的基础上,本课题对实验工艺提出了理论指导,后续的工作中,可进一步优化工艺,提高电池性能。