单质靶溅射制备CZTS薄膜及太阳电池

采用单质靶磁控溅射制备Cu2ZnSnS4 (CZTS)薄膜,研究了薄膜的元素组分、升温速率、硫化温度对薄膜表面平整性以及晶粒尺寸的影响.通过SEM与AFM表征薄膜的表面形貌与表面粗糙度,用EDS检测薄膜的元素组分.所制备的样品的Cu/(Zn+ Sn)、Zn/Sn处于最优范围.通过XRD及Raman检测薄膜的结晶情况以及薄膜中的二次相,经上述测试分析判定CZTS薄膜品质良好.最终制备出以CZTS为吸收层的薄膜太阳电池,并用Ⅰ～V特性检验了CZTS电池性能参数,得到效率为0.83;的CZTS薄膜太阳电池,并通过改进硫化退火工艺将效率提高至1.58;.     

预制层衬底加热对Cu2ZnSnS4薄膜性能的影响

本文采用二步法制备Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜,首先通过真空热蒸发制备CuZnSn (CZT)预制层,其衬底加热温度分别为20℃、50℃、75℃和100℃,然后对所制备的CZT预制层在400℃下硫化60 min,从而制备出CZTS薄膜.利用XRD、Raman、SEM、反射谱和透射谱对所制备的CZTS薄膜进行了表征,实验结果表明,预制层衬底加热温度对CZTS薄膜结构与光学特性有很大影响,在衬底加热50℃时制备预制层硫化后所得CZTS薄膜具有高的结晶度、致密均匀的薄膜表面和最佳1.5 eV光学带隙.此外,与衬底未加热制备预制层在500℃和90 min最佳硫化条件下所制备的高纯CZTS薄膜相比,在50℃预制层衬底加热条件下所制备CZTS薄膜具有更好地结晶质量、更低的硫化温度和更短的硫化时间,这种现象表明衬底加热制备金属预制层利于更高品质CZTS薄膜的制备,可有效的降低硫化温度和缩短硫化时间,当前的研究结果为在低温下实现高质量CZTS薄膜的制备提供了一种有效的途径.     

预制层中Zn和ZnS对CZTS薄膜太阳电池的影响

采用磁控溅射后硫化的方法制备Cu2 ZnSnS4 (CZTS)薄膜,分别用Zn和ZnS作为锌源,在镀钼的钠钙玻璃衬底上以Zn(或ZnS)/Sn/Cu的顺序制备出不同的CZTS薄膜预制层.首先对预制层进行低温合金,然后以硫粉作为硫源进行高温硫化,得到CZTS薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分别对所制备薄膜的晶体结构、表面形貌和薄膜组分进行分析表征;并用拉曼光谱表征了CZTS相的纯度.最后用CZTS薄膜制备了太阳电池,发现在预制层中以ZnS作为锌源得到的太阳电池有较高的性能参数,其开路电压:V =651 mV,短路电流密度:Jsc=11.4 mA/cm2,光电转换效率达到2.8;.     

热处理工艺对超声电沉积制备CuInSe2薄膜的影响

采用三电极系统,在超声辅助下,以Mo薄片为柔性基底制备了CuInSe2(CIS)前驱体薄膜,经热处理得到了具有黄铜矿型晶体结构的CIS薄膜.研究了热处理温度,保温时间和升温速率对CuInSe2薄膜成分、物相及形貌的影响.结果表明:热处理使薄膜物相变得纯净,随着热处理温度的提高、保温时间的延长和升温速率的减慢,结晶度提高.温度过高、时间过长制备的CIS薄膜表面有大颗粒出现以至表面粗糙度增加、颗粒不均匀.     

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;.     

铜锌锡硫正极全固态薄膜锂离子电池的研究

采用铜锌锡硫(CZTS)四元硫化物材料作为全固态薄膜锂离子电池(TFLB)的正极功能层.通过磁控溅射及硫化工艺制备了CZTS多晶薄膜,并经过组分调控及硫化工艺控制等方案,提高了CZTS正极薄膜的电子导电性.此外,通过引入疏松的微观结构,抑制了由充放电过程中的体积膨胀所导致的容量衰减,提升了TFLB循环性能.所制得的TFLB结构为玻璃/Mo/CZTS/LiPON/Li,首圈放电容量高达200μAh·cm-2 ·μm-1(482 mAh ·g-1),放电平台约为1.1V.     

衬底温度对共蒸发制备GaSb多晶薄膜性质的影响

采用共蒸发的方法在玻璃衬底上制备出GaSb多晶薄膜材料.研究了薄膜生长速率与衬底温度、Ga源温度和Sb源温度的关系.通过XRD、UV-Vis、Hall效应和AFM等测试方法,研究了衬底温度对于GaSb薄膜的结构特性、光电性质以及表面形貌的影响.GaSb多晶薄膜具有(111)择优取向,薄膜的吸收系数达到105 cm-1,晶粒尺寸随衬底温度升高逐渐增大;衬底温度为540℃时,薄膜的迁移率达到127 cm2/V·s,空穴浓度为3×1017 cm-3.GaSb薄膜的表面粗糙度随温度增加而增加.     

基片温度对电子束蒸发沉积碳化硼薄膜性能的影响

在不同基片温度下,采用电子束蒸发法在Si(100)衬底上制备了碳化硼薄膜,研究了基片温度对薄膜性能的影响。采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜成分,薄膜的表面形貌用原子力显微镜(AFM)进行表征,采用台阶仪和椭偏测厚仪测量了薄膜厚度和折射率。结果表明基片温度对薄膜成分影响不大;随着基片温度的升高,薄膜表面粗糙度逐渐增大,均方根粗糙度由0.394 nm增至0.504 nm;而沉积速率先增大后减小,在300℃时达到最大值7.47 nm/min;其折射率由2.06渐增至2.41,表明薄膜致密性逐渐提高。     

氨水浓度对化学水浴法制备CdS缓冲层及CZTSe电池性能的影响

主要研究了化学水浴法沉积CdS薄膜中氨水浓度对薄膜材料特性的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计(UV-Vis)等测试手段对制备的CdS薄膜的结构和光学特性进行了分析.结果表明:不同的氨水浓度条件下均得到立方相CdS薄膜,薄膜沿(111)面择优取向生长.随着氨水浓度增加时CdS薄膜表面逐渐变得致密光滑,CdS薄膜的透过率增强和带隙变宽.在氨水浓度为0.10 mol/L时制备出材料特性最佳的CdS薄膜,其表面紧凑致密无针孔,颗粒大小均匀,将其应用于CZTSe薄膜太阳电池中的缓冲层材料,得到光电转化效率为3.12;的CZTSe薄膜太阳电池(该电池未经任何后硒化处理工艺).     

退火升温速率对LaNiO3薄膜结构和电学性能的影响

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si(100)衬底上制备了镍酸镧(LaNiO3,LNO)薄膜,并利用XRD、SEM、AFM和半导体参数分析仪等研究了退火升温速率对LNO薄膜结构和电学性能的影响.结果表明,溶胶-凝胶法制备的LNO薄膜呈现赝立方钙钛矿型多晶结构,呈(110)择优取向生长;薄膜表面平整、均匀、无裂纹.随着退火升温速率的增加,LNO薄膜的晶粒尺寸先增大后减小;其电阻率先减小后增大.在退火升温速率为20℃/min时,LNO薄膜晶粒尺寸达到最大值94 nm,电阻率达到最小值9.5 x10-4 Ω·m.     

多周期溅射单质靶制备铜锌锡硫薄膜电池

采用多周期磁控溅射单质靶Cu-Sn-Zn制备CZTS薄膜太阳电池.多周期包含两周期和四周期,同时与单周期制备的CZTS薄膜电池作对比.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和拉曼光谱仪(Raman)对不同周期得到的CZTS薄膜的晶体性质、表面样貌、化学成分等性质进行分析研究.分析结果显示,多周期制备的CZTS薄膜晶体质量要比单周期的好,表面均匀致密.重要的是四周期溅射制备的CZTS薄膜是研究的最佳实验组.最终把不同周期得到的CZTS薄膜制备成完整的器件结构,得到的太阳电池效率分别是:单周期2.64;,两周期3.01;,四周期3.36;.     

化学水浴沉积法制备硫化镉薄膜的微结构和性能

采用化学水浴沉积法在不同氨水用量下制备了Cu(In,Ga)Se2太阳能电池的缓冲层CdS薄膜,根据化学平衡动力学计算出混合溶液中反应粒子的初始浓度、pH值和离子积,利用台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、量子效率测试仪(EQE)和IV测试仪对制备样品的薄膜厚度、表面形貌、晶体结构、量子效率和光电转...     

采用溶液沉积及快速退火制备LiMn2O4薄膜的研究

采用溶液沉积及快速退火制备了不同厚度的LiMn2O4薄膜,用X射线衍射及扫描电子显微镜检测分析薄膜的物相及形貌;采用恒电流充放电及交流阻抗技术研究了LiMn2O4薄膜的电化学性质.结果表明,制备的LiMn2O4薄膜均匀,晶粒大小相近,晶粒尺寸在20～50 nm之间.经热处理后LiMn2O4薄膜断面清晰,薄膜与基片之间扩散很轻微.随着薄膜厚度的增加,薄膜的粗糙度减小,平整度变好.不同厚度的LiMn2O4薄膜的比容量介于42～47 μAh/(cm2·μm)之间,经50次循环后,薄膜的容量损失率从0.18 μm的0.64;上升到1.04 μm的9.0;,循环性能随着薄膜厚度的增加而变差.电化学阻抗测试表明不同厚度的LiMn2O4薄膜锂离子扩散系数差别不大,数量级为10-11cm2/s.     

ESCA-Untersuchungen an anodisch oxydierten AIIIBV-Verbindungen

Oxide films were grown on GaP, GaAs, GaSb and InSb by anodization in different electrolytes. Depth profiles were obtained by measuring the surface composition while milling the surface with an Ar ion gun. In all cases an interface layer between the semiconductor and the oxide film of some hundred Ångströms results. The binding energies of the components were determined and only oxidized A^III and B^V components were detected in the films in contrast to the thermal grown oxides.     

Three‐step process improves crystal quality of Cu2ZnSnS4 absorber layer and efficiency of solar cell

Cu₂ZnSnS₄ (CZTS) films are fabricated using the three‐step process, including deposition, preheating and sulfurization of Cu–Zn–Sn (CZT) precursors. The effect of preheating temperature on structures, morphologies, and optical properties of CZTS films is investigated detailedly by X‐ray diffraction, Raman spectra, scanning electron microscopy, and UV spectrophotometer. It is found that the proper preheating temperature can improve the crystal quality of CZTS films. The prepared CZTS film by sulfurizing the preheated precursor at 300 °C presents high crystallinity, uniform surface morphology, and suitable optical properties. Compared with two‐step process, three‐step method can not only improve crystal quality of CZTS films but also decline sulfurization temperature. We also discuss the mechanism of improving the properties of CZTS absorber layer by the preheating route in detail. In addition, the experimental results also indicate that solar cell prepared by three‐step method displays higher conversion efficiency.     

氩气退火时间对Fe(Se,Te)薄膜的性能影响研究

作为一种铁基超导薄膜,Fe(Se,Te)薄膜具有晶体结构简单、所包含的元素较少、易于合成的特点,不仅有利于超导机理研究而且有着潜在的技术应用价值。本文通过磁控溅射在温度为320 ℃的CaF₂单晶衬底上制备了Fe(Se,Te)薄膜,并在氩气氛围下进行了退火处理。研究了退火时间对Fe(Se,Te)薄膜的晶体结构、微观形貌、成分组成以及电输运特性的影响。结果表明:Fe(Se,Te)薄膜的结晶性较好,退火有助于消除薄膜样品中的FeSe相,薄膜的晶格常数c对退火不敏感,退火后薄膜晶粒尺寸变大;Fe(Se,Te)薄膜成分与靶材的名义组分存在一定的偏差,退火时间越长,Fe(Se,Te)薄膜表面的颗粒越密集;Fe(Se,Te)薄膜的电阻随温度升高而减小,呈现出半导体特性,退火3 h后电阻明显增大。     

射频溅射功率对Mn-Co-Ni-O薄膜结构与性能的影响

采用射频磁控溅射技术在硅衬底上制备了锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O, MCNO)薄膜并进行了后退火处理。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光学测试仪器等测试手段对晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征。分析了不同射频溅射功率(60~100 W)对MCNO薄膜表面微观形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明,在60~90 W下获得的薄膜表面致密且均匀,但在100 W下获得的MCNO薄膜表面晶粒尺寸显著增大。物相分析表明,采用射频磁控溅射沉积的MCNO薄膜主要为尖晶石结构,溅射功率对薄膜结晶质量和择优取向具有显著影响,在80 W下获得的MCNO薄膜结晶质量最佳。同时,拉曼光谱测试也表明该MCNO薄膜表现出最强的Mn⁴⁺—O对称弯曲振动和最小的压应力。紫外-可见-近红外光谱分析表明,MCNO薄膜的吸光范围主要在可见光-近红外波段,在80~90 W溅射功率下获得的MCNO薄膜在近红外波段表现出更强的吸收峰。射频溅射功率的改变会影响薄膜的厚度和结晶质量,从而对薄膜的光学带隙起到调控作用。光致发光光谱测试不同溅射功率下薄膜的缺陷峰发光强度,且在功率为80 W时沉积的薄膜具有最强紫外发射峰,表明改变溅射功率能够有效改善薄膜缺陷及提高晶体质量。     

碳电极钙钛矿太阳能电池光吸收层厚度对光伏性能的影响研究

本文使用两步法,通过控制PbI₂(DMSO)溶液的浓度制备了不同厚度的有机-无机杂化钙钛矿(MAPbI₃)光吸收层薄膜,并组装了大面积基于碳电极且无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池。对不同厚度MAPbI₃光吸收层薄膜的晶相、光吸收性质、表面形貌、元素组成进行分析,并进一步测试了基于MAPbI₃薄膜制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能。结果表明,MAPbI₃光吸收层薄膜厚度与PbI₂(DMSO)浓度呈正相关关系,浓度为1.3 mol/L的PbI₂溶液制备的MAPbI₃薄膜厚度约为350 nm,具有较好的结晶度和光吸收强度,且薄膜表面致密平整,无明显缺陷,基于350 nm MAPbI₃光吸收层的钙钛矿太阳能电池获得了8.48%的光电转换效率。     

硅铝共掺杂对TiO2薄膜结构及性能的影响

采用非水解溶胶-凝胶法制备了Si、Al共掺杂的TiO2薄膜.应用X射线衍射、紫外可见分光光度计研究了Si、Al掺杂对TiO2薄膜晶型转变、晶粒尺寸、光吸收性能及光催化性能的影响.结果表明:适量引入Si、Al后,可显著提高1000℃热处理后TiO2薄膜的光催化活性;当Si/Ti物质的量比为0.2时,薄膜由于混晶结构光催化活性最佳;Si、Al共掺杂能抑制TiO2的晶型转变及TiO2的晶粒生长,且Si、Al共掺杂的抑制作用比单一Si掺杂更有效;当Si/Ti物质的量比为0.15、Al/Ti物质的量比为0.05时,TiO2锐钛矿向金红石的转变温度从750℃提高到1200℃.