双电子传输层结构硫硒化锑太阳电池的界面特性优化

硫硒化锑薄膜太阳电池因其制备方法简单、原材料丰富无毒、光电性质稳定等优点,成为了光伏领域的研究热点.经过近几年的发展,硫硒化锑太阳电池的光电转换效率已经突破10%,极具发展潜力.本文针对硫硒化锑太阳电池中n/i界面引起的载流子复合进行了深入研究.发现硫硒化锑太阳电池的界面特性会受到界面电子迁移能力和能带结构两方面的影响.界面电子迁移率的提高能使电子更有效地传输至电子传输层,实现器件短路电流密度和填充因子的有效提升.在此基础上,引入ZnO/Zn_1-xMg_xO双电子传输层结构能够进一步优化硫硒化锑太阳电池性能.其中,Zn_1-xMg_xO能级位置的改变可以同时调节界面和吸光层的能级分布,在Zn_1-xMg_xO导带能级为-4.2 eV,对应Mg含量为20%时,抑制载流子复合的效果最为明显,硫硒化锑太阳电池也获得了最佳的器件性能.在去除缺陷态的理想情况下,双电子传输层结构硫硒化锑太阳电池在600 nm厚时获得了20.77%的理论光电转换效率,该研究结果为硫硒化锑太阳电池...     

新型硒化锑薄膜太阳电池背接触优化

硒化锑(Sb₂Se₃)具有低毒、原材料丰富和光电性能优异等优点,被认为是最具有发展潜力的薄膜太阳电池光吸收层材料之一.但目前Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率与碲化镉、铜铟镓硒和钙钛矿等太阳电池相比仍存在较大差距.限制Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率进一步提升的关键因素之一是,太阳电池结构中Mo背电极和Sb₂Se₃薄膜构建的背接触界面处容易形成较高的势垒,降低载流子的抽取效率.本工作则对Mo背电极进行热处理生成缓冲层MoO₂薄膜,发现缓冲层MoO₂的引入,可有效地促进Sb₂Se₃薄膜的择优取向生长,同时实现太阳电池Mo/MoO2/Sb₂Se₃背接触势垒降低,相应的填充因子、开路电压和短路电流密度均获得显著提高,构建的太阳电池光电转换效率从5.04%提升至7.05%.     

新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种二元单相化合物, 原料储量大、毒性低、价格便宜; 同时其禁带宽度合适(～1.15 eV), 吸光系数大(>10⁵ cm^-1), 长晶温度低, 非常适合制作新型低成本低毒的薄膜太阳能电池, 理论光电转换效率可达30%以上. 目前文献报道的Sb₂Se₃薄膜太阳能电池效率已达3.7%, 初步证明了Sb₂Se₃材料在薄膜太阳能电池应用方面的巨大潜力. 本文综述了近年来Sb₂Se₃太阳能电池的研究进展, 着重介绍了Sb₂Se₃的材料特性和薄膜制备及相关理论研究, 阐述了不同结构电池器件的研究进展, 并对其发展趋势进行了展望.     

肖特基钙钛矿太阳电池结构设计与优化

有机-无机杂化钙钛矿材料有高吸收系数、低廉的制作成本以及较为简单的制备工艺,在近年来表现出良好的发展前景.本文采用wx-AMPS模拟软件对平面结构钙钛矿太阳电池和肖特基钙钛矿太阳电池进行建模仿真对比,从理论上分析无载流子传输层的肖特基钙钛矿太阳电池的优势.结果显示,器件两侧电极功函数和吸收层的能带分布是提高太阳电池效率的关键.在对电极使用Au(功函数为5.1 eV)的前提下,透明导电电极功函数为3.8 eV,可以得到肖特基钙钛矿太阳电池转换效率为17.93%.对器件模型吸收层进行优化,通过寻找合适的掺杂浓度,抑制缺陷密度,确定合适的厚度,可以获得理想的转换效率(20.01%),是平面异质结结构(理论转换效率31%)的63.84%.肖特基钙钛矿太阳电池在简单的器件结构下可以获得优异的光电性能,具有较好的应用潜力.     

OMVPE硒化锌薄膜的生长与激光特性

本文叙述了在GaAs衬底上用有机金属气相外延(OMVPE)法生长单晶ZnSe薄膜的方法。研究了生长温度,硒锌比对外延膜光电性能的影响。发现生长温度在285℃可以得到表面光亮、结晶性好、低阻、高迁移率、深中心浓度低的外延层。以光泵浦作激发研究了OMVPE ZnSe薄膜的受激发射性质并测量其光学增益。利用ZnSe/GaAs的自然解理面形成的光反馈腔制成了激光器。该激光器的工作温度可以延续到150K。     

Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池数值模拟

银锌锡硒(Ag2ZnSnSe4)是一种禁带宽度为1.4 eV的n型半导体材料.本文提出一种由n型Ag2ZnSnSe4与石墨烯(Graphene)组成的Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池,并借助wxAMPS软件对电池的物理机理和性能影响因素进行模拟研究.模拟结果表明,高功函数的石墨烯与n型Ag2ZnSnSe4半导体接触时,Ag2ZnSnSe4吸收层的前端能带向上弯曲,在n型Ag2ZnSnSe4吸收层表面诱导形成p型Ag2ZnSnSe4反型层,p型Ag2ZnSnSe4和n型Ag2ZnSnSe4组成p-n同质结.模拟发现石墨烯和背接触的功函数会影响载流子的分离、输运和收集,严重影响器件性能,石墨烯功函数达到5.5 eV,背接触功函数不高于4.4 eV,都有利于提高器件性能.Ag2ZnSnSe4吸收层的掺杂浓度主要影响器件的短路电流,而Ag2ZnSnSe4吸收层的体内缺陷对器件整体性能产生影响.在石墨烯和背接触功函数分别为5.5和3.8 eV,Ag2ZnSnSe4吸收层的掺杂浓度和缺陷密度分别为1016和1014 cm–3时,Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池能够取得高达23.42%的效率.这些模拟结果为设计新型高效低成本太阳电池提供了思路和物理阐释.     

平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展

高效低成本太阳电池的研发是太阳能光伏技术大规模推广应用的关键. 近年来兴起的有机- 无机杂化钙钛矿(以下简称钙钛矿)太阳电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点, 引起了学术界和产业界的广泛关注, 具有广阔的发展前景. 其中平面异质结钙钛矿太阳电池因具有结构简单, 可低温制备等诸多优点, 成为目前研究的一个重要方向. 平面异质结钙钛矿太阳电池分为n-i-p型和p-i-n型两种结构. 其中钙钛矿分别与电子传输层和空穴传输层形成两个界面, 在这两个界面上实现电子和空穴的快速分离. 电子传输层和空穴传输层分别为电子和空穴提供了独立的输运通道. 平面异质结结构有利于钙钛矿太阳电池中电子和空穴的分离、传输和收集. 此外, 该结构不需要高温烧结的多孔结构氧化物骨架, 扩大了电子和空穴传输材料的选择范围. 可以根据钙钛矿材料的能带分布及载流子传输特性, 来选择能级和载流子传输速率更为匹配的传输材料. 本文对钙钛矿的材料特性, 平面异质结结构的由来及发展进行了简要的概述. 其中重点介绍了平面异质结钙钛矿太阳电池的结构特征、工作机理、钙钛矿/电荷传输层的界面特性, 以及电池性能的优化, 包括钙钛矿薄膜制备、空穴和电子传输层的优化等. 最后对钙钛矿电池的发展前景及存在问题进行了阐述, 为今后高效、稳定钙钛矿太阳电池的研究提供参考.     

碲化镉薄膜太阳电池中的关键科学问题研究

文章对CdTe薄膜太阳电池中的4个关键科学问题进行了讨论,并对电池器件的性能进行了研究,其中包括高质量硫化镉薄膜、背接触层、CdS/CdTe界面和CdCl2热处理性能的研究.文章作者研究了背电极接触层中Cu掺杂含量对电池性能的影响,通过改变背接触层中Cu的含量,可以改变Cu与Te反应产生的物相成分,从而发现以Cu1.4Te为主导的背接触缓冲层能有效地减少电池I—V曲线中的“翻转”(roll-over)现象,同时能有效地降低背接触势垒.此外,还研究了CdS/CdTe界面的CdCl2热处理反应,发现当热处理温度高于350℃时,CdS与CdTe之间的互扩散开始发生,此温度对应于CdS由立方相转变为六方相;而在550℃热处理后,S和Te互扩散形成的CdSxTe1-x化合物,其x值高达11％.通过优化电池制备工艺,获得了在AMl.5标准光源下高达14.6％的CdTe电池转换效率.     

碲化镉薄膜太阳电池中的关键科学问题研究

文章对CdTe薄膜太阳电池中的4个关键科学问题进行了讨论,并对电池器件的性能进行了研究,其中包括高质量硫化镉薄膜、背接触层、CdS/CdTe界面和CdCl2热处理性能的研究。文章作者研究了背电极接触层中Cu掺杂含量对电池性能的影响,通过改变背接触层中Cu的含量,可以改变Cu与Te反应产生的物相成分,从而发现以Cu1.4Te为主导的背接触缓冲层能有效地减少电池I—V 曲线中的“翻转”(roll-over)现象,同时能有效地降低背接触势垒。此外,还研究了CdS/CdTe界面的CdCl2热处理反应,发现当热处理温度高于350℃时,CdS与CdTe之间的互扩散开始发生,此温度对应于CdS由立方相转变为六方相;而在550℃热处理后,S 和Te 互扩散形成的CdSxTe1-x 化合物,其x 值高达11%。通过优化电池制备工艺,获得了在AM1.5标准光源下高达14.6%的CdTe电池转换效率。     

硒化锌单晶薄膜近带边发射的荧光寿命

在2K下,对常压MOCVD方法生长的ZnSe单晶薄膜进行了光致荧光近带边发射谱的测量和辨认.并采用激光超短脉冲技术和时间相关单光子计数技术相结合的方法,对其在2K下近带边发射的荧光寿命进行了测量和分析,并讨论了自由激子弛豫过程.     

基于氧化镍背接触缓冲层碲化镉薄膜太阳电池的研究

采用电子束蒸发法制备了NiO薄膜,并对其作为碲化镉薄膜太阳电池背接触缓冲层材料进行了相关研究.NiO缓冲层的加入使得碲化镉太阳电池开路电压显著增大.通过X射线光电子能谱测试得到的NiO/CdTe界面能带图表明NiO和CdTe的能带匹配度很好.NiO是宽禁带P型半导体材料,在电池背接触处形成背场,减少了电子在背表面处的复合,从而提高电池开路电压.通过优化NiO薄膜厚度,制备得到转换效率为12.2%、开路电压为789 mV的碲化镉太阳电池.研究证实NiO是用来制备高转换效率、高稳定性碲化镉薄膜太阳电池的一种极有前景的缓冲层材料.     

Enhanced photovoltaic performance of solution-processed Sb2Se3 thin film solar cells by optimizing device structure

Thin-film solar cells have attracted worldwide attention due to their high efficiency and low cost. Antimony selenide (Sb₂Se₃) is a promising light absorption material candidate for thin-film solar cells due to its suitable band gap, abundance, low toxicity, and high chemical stability. Herein, we fabricate an Sb₂Se₃ thin film solar cell using a simple hydrazine solution process. By controlling the thickness of the photoactive layer and inserting a poly(3-hexylthiophene) hole-transporting layer, an Sb₂Se₃ solar cell with a power conversion efficiency of 2.45% was achieved.     

Enhancing the performance of thin film CdS/PbS photovoltaic solar cells

This work investigates dependence of the short-circuit current density, open-circuit voltage, fill factor and efficiency of a thin film CdS/PbS solar cell on thickness of transparent conductive oxide (TCO) layer, thickness of window layer (CdS), concentration of uncompensated acceptors (width of space-charge region), carrier lifetime in PbS and the reflectivity from metallic back contact. The effect of optical losses, front and rear recombination losses as well as the recombination losses on space-charge region are also considered in this study. As a result, by thinning the front contact layer indium tin oxide from 400 to 100 nm and window layer (CdS) from 200 to 100 nm it is possible to reduce the optical losses from 32 to 20%. The effect of electron lifetime on the internal and external quantum efficiency can be neglected at high width of the space-charge region. The maximum current density of 18.4 mA/cm² is achieved at wide space-charge region (concentration of uncompensated acceptors = 10¹⁵ cm^?3) and the longest lifetime (τ_n = 10^?6 s) where the optical and recombination losses are about 55%. The maximum efficiency of 5.17%, maximum open-circuit voltage of 417 mV and approximately fixed fill factor of 74% are yielded at optimum conditions such as: electron lifetime = 10^?6 s; concentration of uncompensated acceptors = 10¹⁶ cm^?3; thickness of TCO = 100 nm; thickness of CdS = 100 nm; velocity of surface and rear recombination = 10⁷ cm/s and thickness of absorber layer = 3 μm. When the reflectance from the back contact is 100%, the cell parameters improve and the cell efficiency records a value of 6.1% under the above conditions.     

一个非晶硅薄膜太阳能电池制备用激光刻线系统

 非晶硅薄膜太阳能电池制备过程中的激光刻线工艺要求刻线宽度在30 μm～50 μm之间,死区范围小于300 μm,刻线深度符合工艺要求。这不仅要求激光器具有较高的光束质量,而且要求光学系统具有较高的成像质量和较宽的焦深。设计了单激光器四分光路的激光刻线系统。采用设计的激光刻线装置,在1 400 mm×1 100 mm×3.2 mm玻璃基板上进行刻线试验,分别得到刻线P1,P2,P3的线宽为35 μm,50 μm和45 μm,死区范围（P1至P3的距离）为287 μm,最终深度分别为0.98 μm,0.24 μm和0.58 μm,刻线宽度和深度均符合薄膜太阳能电池制备工艺要求。     

Effect of emitter layer doping concentration on the performance of silicon thin film heterojunction solar cell

A novel type of n/i/i/p heterojunction solar cell with a-Si:H(15 nm)/a-Si:H(10 nm)/ epitaxial c-Si(47 μm)/epitaxial c-Si(3 μm) structure is fabricated by using the layer transfer technique, and the emitter layer is deposited by hot-wire chemical vapour deposition. The effect of the doping concentration of emitter layer S_d (S_d=PH₃/(PH₃+SiH₄+H₂)) on the performance of the solar cell is studied by means of current density-voltage and external quantum efficiency. The results show that the conversion efficiency of the solar cell first increases to a maximum value and then decreases with S_d increasing from 0.1% to 0.4%. The best performance of the solar cell is obtained at S_d = 0.2% with an open circuit voltage of 534 mV, a short circuit current density of 23.35 mA/cm², a fill factor of 63.3%, and a conversion efficiency of 7.9%.     

锡基钙钛矿太阳能电池载流子传输层的探讨

锡基钙钛矿太阳能电池可避免铅元素对环境带来的污染,近年来已成为光伏领域的研究热点.本文以SCAPS-1D太阳能电池数值模拟软件为平台,对不同电子传输层和不同空穴传输层的锡基钙钛矿太阳能电池器件的性能进行数值仿真对比,从理论上分析不同载流子传输层的锡基钙钛矿太阳能电池的性能差异.结果显示,载流子传输层与钙钛矿层的能带对齐...     

薄膜太阳电池用纳米上转换材料制备及其特性研究

以应用于薄膜太阳电池为目的,采用水热法制备了掺杂稀土离子的纳米氟化钇钠上转换荧光材料.研究了稀土离子Yb³⁺/Er³⁺单独和共同掺杂对材料的晶体结构和光学性质的影响.制备的Yb^3＋/Er^3＋共掺材料兼顾了两种稀土离子的光吸收谱,吸收980nm和1530nm附近的红外光,并发出能够被薄膜太阳电池有效吸收利用的红光(653nm)和绿光(520,540nm).优化出较为合适的18％Yb³⁺,2％Er³⁺的掺杂比例,获得了具有较好上转换效果的纳米荧光颗粒材料.