真空蒸发法制备硫化锡薄膜及其太阳能电池的初步研究

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太阳能是地球上取之不尽,用之不竭,洁净环保的新能源。人类利用光伏效应(太阳能电池)可以使太阳能转化为电能,从而使太阳能的应用更直接和便利。本论文中,采用真空蒸发法制备了作为太阳电池吸收层的新型材料—硫化锡薄膜。为了改善薄膜的光电性能参数,将真空蒸发制备的薄膜进行掺杂处理,之后置于真空中进行退火处理。对薄膜采用各种测试方法对其结构组成、表面形貌、光学性能和电学性能进行了表征。采用n型单晶硅(厚度为0.5mm)为衬底,采用真空蒸发法制备p型硫化锡薄膜,再在p型硫化锡薄膜表面蒸发制备ITO导电薄膜(厚度为0.1um)透明电极,在单晶硅的背面采用银制备背电极,制备出结构为ITO/p-SnS/n-Si/Ag的异质结太阳电池,并对其电学性能进行了测试和分析,同时讨论了影响太阳电池效率的一些因素。 对硫化锡薄膜及其太阳能电池性能测试的结果表明: 1)硫化锡薄膜为斜方相的多晶结构,在真空中热处理后能使硫化锡薄膜(111)晶面上的衍射强度得到明显加强。 2)真空蒸发法制备的硫化锡薄膜表面光洁,厚度均匀,附着力强,热处理后硫化锡薄膜的晶粒尺寸有所增加,有利于增加薄膜的电阻率,硫与锡原子之比更加接近1:1。 3)在相当大的光子能量范围(1.3eV~4.3eV)内,硫化锡的吸收系数在105cm-1以上并随着光子能量的增加吸收系数也随之增加,热处理能增加薄膜对光的吸收。硫化锡薄膜的光学禁带宽度Eg=1.36eV。 4)银电极能与硫化锡能形成良好的欧姆接触。 5)实验表明,在硫化锡中掺入适量的锑能有效降低薄膜的电阻率。 6)制备了ITO/p-SnS/n-Si/Ag结构的异质结薄膜太阳能电池,其开路电压为0.48V,短路电流为8.76mA/cm2,填充因子为0.51,光电转换效率约为0.7%。
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