【摘 要】
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近年来,硒化锑(Sb_2Se_3)由于其优异的半导体性质而受到广泛关注,例如晶界惰性以及禁带宽度合适。Sb_2Se_3薄膜太阳能电池发展尤为迅速,性能不断攀升。在所有原料储备丰富且环境友好的太阳能电池技术中,Sb_2Se_3紧跟在发展最好的铜锌锡硫太阳能电池后面,其效率有望在短时间内突破两位数。然而,基于目前的制作方式,其生产成本与其他薄膜太阳能电池相比高出许多。Sb_2Se_3薄膜太阳能电池大多
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近年来,硒化锑(Sb2Se3)由于其优异的半导体性质而受到广泛关注,例如晶界惰性以及禁带宽度合适。Sb2Se3薄膜太阳能电池发展尤为迅速,性能不断攀升。在所有原料储备丰富且环境友好的太阳能电池技术中,Sb2Se3紧跟在发展最好的铜锌锡硫太阳能电池后面,其效率有望在短时间内突破两位数。然而,基于目前的制作方式,其生产成本与其他薄膜太阳能电池相比高出许多。Sb2Se3薄膜太阳能电池大多采用贵金属金(Au)作为背电极,因为Au不仅具有高的功函数,能避免较大的空穴传输势垒;而且Au为化学惰性,可以避免较多的界面缺陷。但是,金电极的使用,必然导致Sb2Se3太阳能电池的成本居高不下,其大面积应用受到限制。本研究中,我们采用气相转移沉积的方法制作出顶衬结构的Sb2Se3太阳能电池,并使用其他便宜的电极材料做背接触电极。目的是,在不牺牲器件性能的前提下,实现金电极的取代,降低成本。同时,为了比较系统地研究Sb2Se3与各种电极接触时的界面性质,我们使用了多种常用的导电材料做电极,包括钴(Co)、镍(Ni)、碳(C)、锑(Sb)、铝(Al)、银(Ag)和铜(Cu)。与作为对照的Au电极器件性能相比,只用金属做背接触电极时,器件性能仅有对照的45%至70%,分析发现,这是由于金属与Sb2Se3界面接触时存在较大的接触势垒。除此之外,与其他金属相比,当Ni作为电极时,太阳能电池的并联电阻显著降低,这是由Ni与Sb2Se3接触时的金属原子扩散和界面缺陷的形成导致的。所以,一个有效的空穴传输层和阻挡层显得尤为必要。因此,通过调研和尝试,我们决定使用热蒸发制备的氧化镍(NiOx)作为空穴传输层和扩散阻挡层,并得出其最优厚度在2-7 nm范围内,同时应用便宜的金属Ni作为器件电极。所得结果显示,NiOx厚度为7 nm的NiOx/Ni器件性能与Au电极器件性能一致,平均效率可以达到对照电极的97%。并且稳定性优异,25天后性能仅降低到初始值的93%。变温电流-电压(J-V)测试揭示,Au和NiOx/Ni的器件具有接近的势垒高度和激活能,这说明两者与Sb2Se3接触时具有相近的界面性质。这成功证明,Au电极完全可以被NiOx/Ni取代,并且成本降低至少50倍,为硒化锑太阳能电池的大面积应用打下基础。
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