錫硫化合物薄膜的制備及其光電特性研究.pdf

1、太陽(yáng)能是一種清潔可再生能源,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,儲(chǔ)量豐富,因此對(duì)其的開(kāi)發(fā)利用已成為解決人類能源危機(jī)的重要方向,而太陽(yáng)能電池也因此成為利用太陽(yáng)能的主要途徑之一。但目前限制太陽(yáng)能電池應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題是其發(fā)電成本較高,因此提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本是其發(fā)展的必然趨勢(shì)。
　　錫硫化合物屬于Ⅳ-Ⅵ族半導(dǎo)體化合物材料,具有優(yōu)異的半導(dǎo)體性能。其中,SnS的光學(xué)帶隙為1.5eV,接近于太陽(yáng)能電池的最佳禁帶寬度,吸收系數(shù)α>104cm-1,

2、理論上的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25％。同時(shí)SnS的組成元素S和Sn在地球上的儲(chǔ)量豐富,價(jià)格較低,具有良好的環(huán)境兼容性,因此其在太陽(yáng)能電池材料方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),特別適合用作太陽(yáng)能電池的光吸收層材料。目前,以SnS作為吸收層材料的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到2%左右,其光電轉(zhuǎn)換效率具有較大的提升空間。
　　本論文主要從降低錫硫化合物薄膜的生產(chǎn)成本,優(yōu)化制備工藝,尋找一種適合于工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法入手,并對(duì)薄膜的可控制備進(jìn)行了技術(shù)研究,

3、主要工作如下:
　　(1)改進(jìn)等離子體化學(xué)氣相沉積方法,將固態(tài)源與等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相法(PECVD)相結(jié)合。改進(jìn)后可以擴(kuò)大等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法的應(yīng)用范圍,而且也可以同時(shí)結(jié)合氣態(tài)源和固態(tài)源制備成分更加復(fù)雜的薄膜。
　　(2)以固態(tài)原料為源材料,采用PECVD法進(jìn)行SnS薄膜材料的制備,探討了不同射頻功率、硫源材料、基板材料、沉積溫度、退火溫度對(duì)薄膜性能的影響。結(jié)果表明:以Na2S2O3·5H2O作為硫源,在射頻功率15

4、0W,沉積溫度400℃,退火溫度450℃條件下制備的SnS薄膜具有較大的吸收系數(shù)(>105cm-1),適宜的禁帶寬度(1.5eV),適合作為吸收層材料。
　　(3)采用改進(jìn)后的PECVD法,以Na2S2O3·5H2O和S分別作為固態(tài)硫源,當(dāng)改變?cè)现蠸和Sn的化學(xué)計(jì)量比時(shí),可獲得具有納米花狀和納米墻兩種表面形貌的SnS2薄膜。利用Na2S2O3·5H2O作為硫源,射頻功率200W,沉積溫度250℃,退火溫度350℃條件下獲得的Sn

5、S2薄膜具有良好的光學(xué)性能,適合作為窗口材料。
　　(4)嘗試制作了FTO/n-SnS2/p-SnS/Ag和FTO/n-SnS2(TiO2)/p-SnS/Ag結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池,前者的開(kāi)路電壓Voc=0.35V,短路電流Isc=7.54μA,電流密度J=0.1508mA/cm2,填充因子FF=0.55。后者的開(kāi)路電壓Voc=0.484V,短路電流Isc=7.52μA,電流密度J=0.1503mA/cm2,填充因子FF=0.