Sb2S3薄膜太阳能电池的化学浴沉积法制备与性能研究

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太阳能是一种可再生的清洁能源,光伏发电技术利用太阳能转化为电能,引起了广泛的关注。在众多光伏材料中,金属硫族化合物具有优异的光电性能。其中,硫化锑作为一种新型的光吸收材料,具有组分简单且储量丰富,制备方法多样且比较稳定,光学带隙合适且光吸收系数大等优点,在太阳能电池领域引起新的研究方向。化学水浴沉积法因操作设备简单,反应过程较易可控,可大面积生产等优点被广泛运用在硫化锑太阳能电池的制备中。但传统化学水浴沉积法制备硫化锑薄膜的原料利用率低,引入的杂相较多,且在平面衬底上沉积的硫化锑薄膜所制得的太阳能电池效率低。本文一方面在传统化学浴沉积法沉积硫化锑薄膜的基础上,引入络合剂乙二胺四乙酸,通过与锑源中锑离子形成配合物,来调控硫化锑薄膜的生长,同时改变沉积条件以及预退火处理,减少杂相的生成,提高薄膜质量。另一方面,在此水浴沉积方法基础上,使用硫代硫酸钠、硫代乙酰胺、硫脲、二氧化硒等溶液进行硫化硒化水浴后处理,进一步优化硫化锑薄膜表面,获得更高效率的硫化锑太阳能电池。第一章,对太阳能电池的发展历史、原理、性能参数和分类做了简要介绍,然后提出本人硕士阶段研究课题及相应的研究方法。第二章,对硫化锑的性质以及硫化锑薄膜太阳能电池的发展现状进行了分析,并介绍了硫化锑薄膜的制备方法和本论文中制备的薄膜以及电池器件的表征技术。第三章,详细介绍了利用乙二胺四乙酸作为络合剂,调节硫化锑薄膜的化学水浴沉积法制备。通过改变水浴温度、溶剂、样品瓶状态、络合剂的量等反应条件以及预退火处理,研究结果表明加入络合剂后,化学浴沉积的硫化锑薄膜质量提高。此外,我们以此为基础组装成结构为FTO衬底/致密TiO2/Sb2S3/Spiro-OMeTAD/Au的太阳能电池后,经过络合剂的调控,硫化锑太阳能电池的光电转换效率从3.55%提高到5.56%。第四章,我们在用络合剂调节化学水浴沉积法制备硫化锑薄膜的基础上,对薄膜进行水浴后处理,进一步优化薄膜表面,同时引入微量的掺杂。我们对比分析了三种常见的硫源硫代硫酸钠、硫代乙酰胺、硫脲以及不同浓度二氧化硒的水浴后处理硫化锑薄膜。研究结果表明三种硫源中硫代乙酰胺的后处理效果最好,减少了薄膜表面孔洞,提高了薄膜结晶性。而二氧化硒水浴后处理,会使少量的硒掺入硫化锑薄膜,形成Sb2(S1-xSex)3化合物。经过最佳浓度的二氧化硒后处理,制备的平面异质结太阳能电池获得了 5.72%的光电转换效率。第五章,对硕士期间的工作进行了总结,并对研究中存在的问题进行了反思和对后续研究进行展望。
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