银掺杂及硒化Cu2SnS3薄膜及其光伏性能的研究

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:titanium2002
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Cu2SnS3(CTS)三元化合物的光吸收系数高达105 cm-1,组成元素储量丰富,无毒,近年来被广泛应用于太阳能光电转化和光电探测等研究领域。本论文针对目前CTS材料在薄膜太阳能电池器件中存在的带隙略低、光电转换效率低等问题,采用一种安全环保、成本低的溶液合成法,成功制备了系列CTS薄膜,并组装太阳能电池,系统研究了不同实验条件对CTS薄膜形貌、成分、相结构、光电转换等特性的影响。详述如下:1、通过在CTS前驱体溶液中引入银元素的方法,成功制备了Ag-Cu-Sn-S前驱体薄膜,并在此基础上组装了太阳能电池器件。研究结果表明:Ag掺杂实现了部分阳离子的替换,少量Ag掺杂使薄膜晶粒尺寸增大,薄膜连续性降低;而适量的Ag掺杂,即前驱体中Ag/Cu=0.16时,薄膜表面最为平整光滑且没有孔洞,有效提高了短路电流密度和填充因子;过量的Ag掺杂会抑制晶粒生长。因此,器件的光电转换效率由未掺杂CTS的3.72%提高到了3.99%。2、通过金属盐硫脲法获得Cu-Sn-S前驱体薄膜,使用管式炉对前驱体薄膜实施高温硒化退火,制备Cu2Sn(S,Se)3(CTSe)薄膜。系统研究了吸收层薄膜质量及光电性能与硒化条件(硒化温度、硒用量、硒化时间)之间的关联性。结果表明:在400500℃范围内,适当提高硒化退火温度可使薄膜平整致密;适量的硒源可有效促进CTSe晶粒的生长,提高薄膜的结晶性;延长硒化时间会可促进CTSe晶粒生长,使小晶粒厚度降低甚至消失。在480℃,升温速率为2.4℃/S,Se颗粒质量为100 mg,硒化退火10 min时,所得薄膜晶粒尺寸大、表面平整致密,且小晶粒和硒化钼厚度分别为421和351 nm,可有效提高载流子迁移率、降低载流子复合,适用于太阳能电池的光吸收层。
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