Sb2S3太阳能电池的研究进展

硫化锑(Sb2S3)是一种性质稳定的V-Ⅵ族直接带隙半导体材料,地壳中含量丰富、安全无毒.由于Sb2S3具有较高的光吸收系数(α≈105 cm-1),并且带隙宽度适中、易于调控(1.5 ～2.2 eV),覆盖了大部分可见光光谱,因此被视为最有希望得到应用的太阳能电池材料之一.本文结合近年来Sb2S3的相关研究工作,对Sb2S3太阳能电池的研究进展和发展现状进行了阐述,并展望了其发展趋势.     

Cu过量对Cu1+x Al1-x O2(0≤x≤0.04)薄膜结构与光电性能的影响

以单相多晶Cu1+x Al1-x O2陶瓷做靶材,采用射频磁控溅射方法在石英衬底上沉积了Cu过量的Cu1+x Al1-x O2(0≤x≤0.04)薄膜.通过X射线衍射(XRD)、紫外吸收光谱以及电导率的测试,表征了不同含Cu量Cu1+x Al1-x O2薄膜的结构与光电性能.结果表明,沉积态薄膜经退火处理后,由非晶转变为具有铜铁矿结构的纯相Cu1+x Al1-x O2;退火态薄膜在可见光区域的平均透过率约为55;,平均可见光透过率不受Cu含量的影响;退火态薄膜样品的室温电导率随Cu含量的增加而增大,Cu1.04 Al0.96 O2的室温电导率最高,为1.22×10-2 S/cm;在近室温区(200～300 K),退火态薄膜均很好地符合Arrhenius热激活模式.     

硒化温度对柔性Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜及太阳电池性能的影响

采用磁控溅射和后续硒化退火处理的方法在钛箔衬底上制备了柔性CZTSSe薄膜太阳能电池.利用X射线衍射、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜等研究了不同硒化温度对于CZTSSe薄膜的物相、成分、表面形貌以及对太阳电池性能的影响.结果 表明,580℃硒化温度下制备的CZTSSe薄膜的结晶质量和致密度最好,表现出贫铜富锌的化学元素比例,并且该温度下制得的柔性薄膜太阳能电池性能相对最高,其光电转换效率达到2.27;.     

溅射硒化物靶与金属单质靶制备Cu2 ZnSnSe4薄膜及电池的比较研究

采用磁控溅射SnSe-ZnSe-Cu硒化物靶和Sn-Zn-Cu金属单质靶的方法制备两种Cu2 ZnSnSe4(CZTSe)预制层,并将两种预制层采用相同的硒化工艺制备出CZTSe薄膜吸收层.分别采用XRD、Raman、SEM、EDS等分析了薄膜的晶体结构、相的纯度、表面及截面形貌和元素组分,结果发现采用硒化物靶制备的CZTSe吸收层薄膜更为平整致密且无明显孔洞.同时采用Hall测试和J-V测试对太阳电池薄膜的电学性质进行了表征,结果表明硒化物靶制备的CZTSe太阳电池的电流密度以及光电转化效率要高于金属单质靶,金属单质靶制备的CZTSe薄膜电池的开路电压为356 mV,短路电流密度为20.61 mA/cm2,光电转换效率为2.18;,而硒化物靶制备的CZTSe薄膜电池的开路电压为354 mV,短路电流密度为28.41 mA/cm2,光电转换效率为3.33;.     

Piranha化学法与化学浴沉积制备Sb2S3薄膜

采用Piranha化学法与化学浴沉积技术相结合,在玻璃基板上成功制备了Sb2S3薄膜.研究了Piranha溶液不同处理时间对基板表面润湿性的影响,同时研究了Sb2S3薄膜相组成及形貌.结果表明,Piranha溶液能够有效地改善玻璃基板表面的润湿性,当处理时间为25 min时,基板表面润湿角达到最低值12.83°.Piranha溶液处理后的基板对于Sb2S3薄膜的沉积具有积极的诱导作用.沉积得到薄膜经200℃煅烧1h,由非晶态转变为正交相,薄膜在基板表面以单层球形颗粒平铺堆积生长.     

镓(Ga)的含量及分布对CIGS薄膜电池量子效率的影响

采用两步法制备CuGaxIn1-xSe2薄膜,Cu-In-Ga金属预制层采用铜镓合金靶及铟靶通过磁控溅射方法沉积而成,采用固态源硒化法在硒蒸气密闭环境中硒化,通过调整镓(Ga)比例及分布控制CIGS薄膜的带隙,采用镓元素梯度分布,使CIGS薄膜带隙呈现抛物线状分布,电池的量子效率得到明显提高,制备出的CIGS薄膜电池开路电压与转换效率都得到很大程度的改善,电池最高转换效率已达9.4;.     

基于氯化铯背接触处理优化硒化锑薄膜太阳电池性能

本文使用气相输运沉积的方式制备了硒化锑(Sb₂Se₃)薄膜太阳电池,并采用氯化铯(CsCl₂)溶液对器件上界面进行处理,同时对薄膜和器件进行了一系列表征。研究发现,CsCl₂溶液的背接触处理不仅可以提高器件的载流子收集以及降低上界面复合,还可以优化薄膜的结晶性、表面粗糙度和光电性能。基于FTO/CdS/Sb₂Se₃/CsCl₂/Au的器件结构,得到了转换效率为6.32%的高效Sb₂Se₃薄膜太阳电池,比基础器件效率提升了12%。本文的工作对Sb₂Se₃薄膜太阳电池未来的研究有一定的指导作用,其他同类型半导体光伏器件也可借鉴。     

多晶Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳电池光强特性的研究

本文系统研究了Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池在入射光强为10～100 mW/cm2范围内的性能参数.结果表明,随光强的减弱,CIGS电池的转换效率、填充因子、短路电流密度和开路电压等性能参数逐步衰减;电池参数与光强的依赖关系可明显划分为两个阶段:光强高于75 mW/cm2时,电池性能变化不大;当光强低于70 mW/cm2时,电池性能衰减明显.这是由于随着光强的降低,RS(串联电阻)值和RSH(并联电阻)值都在升高.其中,RSH值的增大使得CIGS电池的弱光特性变好,但较小的RSH值并不能弥补RS所导致电池性能的衰退.最后,发现高Ga含量的CIGS薄膜电池(8.7;)比低Ga含量(6.9;)的电池弱光特性好.     

柔性砷化镓薄膜太阳电池剥离(lift-off)技术研究

对柔性砷化镓薄膜太阳电池关键技术进行研究,通过对柔性衬底表面处理、外延片/柔性衬底键合、衬底剥离技术和柔性薄膜外延层器件工艺技术等进行研究,成功地将砷化镓电池外延层转移到柔性聚酰亚胺薄膜衬底上,研制出效率为30.5;(AM0,25℃)的柔性砷化镓薄膜太阳电池,其重量比功率达到2153 W/kg,为将来卫星及临近空间飞行器的应用打下技术基础.     

沉积时间对Zn(O,S)薄膜性能及Cu2ZnSnSe4薄膜电池的影响

无镉材料Zn(O,S)因其带隙宽且可调节、无毒无害等优点被作为缓冲层材料重点研究,通过化学水浴法制备Zn(O,S)薄膜,研究了沉积时间的不同(20~35 min)对Zn(O,S)薄膜的成分、结构特性、光学性能及形貌的影响.通过XRD测试可知,水浴法制备的Zn(O,S)薄膜为非晶态.通过透反射谱测试可知,薄膜的光学透过率较高(>80;).通过表面形貌测试可知,30 min时Zn(O,S)薄膜为致密均匀的小颗粒.将Zn(O,S)薄膜应用在CZTSe电池中,在30 min时获得较高器件转换效率5.37;.     

以1,4-DAB为溶剂(1,4-DABH2)2Sn2S6·(1,4-DAB)和(1,4-DABH2)Sb4S7的合成与表征

以1,4-丁二胺为溶剂合成两种硫属化合物(1,4-DABH2)2Sn2S6·(1,4-DAB)(1)和(1,4-DABH2) Sb4S7(2)(1,4-DAB =1,4-丁二胺),单晶X-射线衍射分析表明化合物1为单斜晶系,空间群为P21/c,a=1.0862(5) nm,b=1.3053(6) nm,c=1.0283(5) nm,β=101.20(2)°,V=1.4302(12) nm3,Z=2;化合物2为三斜晶系,空间群为P-1,a=0.6009(4) nm,b =0.8989(7) nm,c=1.6548(12) nm,α =89.774(12)°,β=86.481 (12)°,γ=84.495(12)°,V=0.8880(11)nm3,Z=2.化合物1由离散的[Sn2S6]2+、质子化的有机胺和未质子化有机胺组成.化合物2是由质子化的有机胺和双链的[Sb4S7]2-离子组成的二维层状化合物.紫外-可见漫反射光谱研究结果表明,化合物1和2的禁带宽度分别为1.80 eV和1.54 eV,均为半导体.     

c轴倾斜CuCr1-xMgxO2(x=0,0.02)薄膜的外延生长

采用脉冲激光沉积技术在0°,5°,10°c轴倾斜α-Al2 O3 (0001)衬底上制备出c轴生长CuCr1-xMgx O2(x=0,0.02)薄膜.用x射线衍射Φ扫描分析薄膜与衬底(000l)晶面的结晶取向关系为＜1100＞ CuCrO2∥＜1120＞α-Al2O3,并进一步通过θ扫描、2θ扫描表征5°和10°c轴倾斜衬底上CuCrO2薄膜与衬底(0006)晶面之间的倾斜角度差值由0.43°增加到1.76°,得到薄膜c轴外延性随衬底倾斜角变大而变差.AFM观察生长在α-A12 O3 (0001)衬J芪上的CuCr1-xMgxO2薄膜为层状形貌,且倾斜衬底上薄膜晶粒尺寸减小,晶界增加.p-T测量曲线表明:相比平直衬底,10°倾斜衬底上CuCrO2薄膜的电阻率略有升高,这是由于倾斜衬底上薄膜结晶质量较差及晶界对载流子散射增强所致,与XRD和AFM结果相一致.     

Local lattice strains in the system of cubic Zn0.999Fe0.001S x Se1 − x (0 ≤ x ≤ 1) crystals

The structure of cubic Zn_0.999Fe_0.001S _x Se_{1 ? x} (0 ≤ x ≤ 1) crystals obtained by vapor-phase chemical transport has been investigated by thermal-neutron diffraction. The diffraction patterns of these crystals are found to exhibit previously unknown diffuse-scattering effects related to local static atomic displacements in the metastable fcc lattice. It is substantiated that the tendency to form polytypes, which is characteristic to a greater extent of zinc sulfide, can be a key factor of instability in the lattice of compounds belonging to the series of anion-substituted solid solutions under study.     

非晶态Se及掺杂Sb的Se薄膜晶化特性研究

利用光学显微镜和X射线衍射技术,分析了非晶态Se和掺杂Sb的Se薄膜的晶化特性.Se薄膜由于保存周期不同以及Sb掺杂到Se中的Sb含量的多少都会影响Se的晶化特性;在热处理下薄膜的晶化呈现各向异性的择优生长.分析了晶化过程中微裂纹的产生,晶界的产生和体积收缩.薄膜与衬底之间的热应力是产生微裂纹的主要因素.     

电沉积法制备Bi2S3薄膜研究

采用阴极恒电压法在ITO导电玻璃表面沉积了Bi2S3薄膜,利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)对制备的薄膜进行了表征.研究了pH值、沉积时间、沉积液浓度等工艺因素对薄膜的影响.结果表明:电沉积制备Bi2S3薄膜的过程中,合适的Bi3+与S2O32-的浓度水平是至关重要的;在电沉积溶液pH=6.5,沉积时间为20 min,沉积电压为1 V,加入柠檬酸三钠作络合剂的情况下,得到沿(240)晶面生长良好的Bi2S3薄膜,薄膜组成均匀致密;增加沉积溶液pH值,薄膜的结晶程度逐渐提高,红外透过比提高.     

ITO/BZO复合薄膜制备及在非晶硅薄膜太阳能电池的应用

采用低压化学气相沉积(LPCVD)法在沉积ITO薄膜的玻璃衬底上制备了硼掺杂氧化锌(BZO)薄膜,研究了ITO缓冲层对ITO/BZO复合薄膜表观形貌、导电性能和光学性能的影响;并研究了ITO/BZO薄膜在非晶硅薄膜太阳能电池的应用.结果表明,以ITO作为缓冲层来沉积BZO薄膜,有利于BZO晶粒尺寸的长大,并可以显著提高BZO薄膜的导电能力.ITO/BZO复合薄膜具有相对较高的导电能力和光学透光率,应用在非晶硅薄膜太阳能电池时转化效率提高0.20;.     

La_(1-x)Sr_xMnO_3电极的制备及其对Ba_(1-x)Sr_xTiO_3薄膜介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法在Si(100)基底上制备了La_(1-x)Sr_xMnO_3电极材料.采用XRD、SEM对材料的晶体结构、表面形貌、薄膜厚度进行了表征,研究了退火温度对薄膜结构及电阻率的影响,以及介电常数与介电损耗随频率变化的关系.结果表明:在x=0.5,退火温度为800 ℃时,La_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3薄膜的电阻率为1.2×10~(-2) Ω·cm.La_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3薄膜与Ba_(1-x)Sr_xTiO_3匹配性较好,实现了BST薄膜的外延生长,其介电性能比在Pt上制备的Ba_(1-x)Sr_xTiO_3得到了明显的改善.     

不同硫化温度对Cu2ZnSnS4薄膜质量及太阳能电池性能的影响

采用ZnS-Sn-CuS作为靶材,利用磁控溅射技术制备了Cu2ZnSnS4 (CZST)薄膜材料及太阳电池,重点研究了不同硫化温度对CZTS薄膜质量及太阳电池性能的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)分别表征了不同硫化温度下制备的CZTS薄膜的晶相结构、表面形貌、化学组分、相的纯度和光学性能.结果表明:在580℃下所制备的CZTS薄膜光滑致密、结晶质量好,同时化学组分属于贫铜富锌,而且无其他二次相,禁带宽度约为1.5 eV.符合高效率太阳电池吸收层的要求.将CZTS吸收层按照SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/ Al的结构制备成面积为0.12 cm2的电池并进行Ⅰ-Ⅴ测试.测试结果表明,在580℃硫化后制备的CZTS薄膜太阳电池具有最高的转换效率为3.59;.     

电工所制备出转化效率达14.4%的CdTe薄膜太阳能电池

<正>日前,中国科学院电工研究所化合物薄膜太阳电池研究组在CdTe多晶薄膜电池上取得新进展,该团队在普通廉价玻璃上制备出了厚度仅为2μm的CdTe多晶薄膜,经中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心认证,其转化效率达到14.4%,距2012年报道的12.78%转化效率又上了一个台阶。CdTe为直接带隙半导体,室温带隙宽度为1.45 eV,带隙值与太阳光谱非常匹配。CdTe吸收系数大于