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原位喷雾热解制备agsbs2薄膜及其光伏性能研究

原位喷雾热解制备AgSbS2薄膜及其光伏性能研究

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作者：唐明睿电子科技大学

学位级别：硕士

硫锑银(Ag Sb S)作为一种新型无机光伏材料,由于其具有合适的带隙、较大的吸收系数和环境友好性,被认为是一种很有前途的光伏吸收材料。近年来,Ag Sb S薄膜太阳能电池在制备工艺与器件结构的研究上取得了一定的成果,但因薄膜结晶度差、... 详细信息

硫锑银(Ag Sb S)作为一种新型无机光伏材料,由于其具有合适的带隙、较大的吸收系数和环境友好性,被认为是一种很有前途的光伏吸收材料。近年来,Ag Sb S薄膜太阳能电池在制备工艺与器件结构的研究上取得了一定的成果,但因薄膜结晶度差、能带结构排列不理想,器件的光伏性能远未达到预期。元素掺杂(包括元素添加与元素取代)与组分调节是改善材料性质、提高薄膜结晶度的常用方法,本工作使用原位喷雾热解法制备了薄膜,通过铟(In)掺杂与不同银/锑(Ag/Sb)的调节改善了材料性质、提高了薄膜结晶度。基于以上方法,本工作重点研究了薄膜的物相结构、形貌结构、能带结构以及器件的光伏性能。研究内容主要包括以下两个部分:(1)本工作通过在银-锑-硫(Ag-Sb-S)系统中添加In,然后进行硒化处理的方法提高了器件的光伏性能。通过优化In的含量,成功将Ag InSb S(Se)器件的光电转换效率从0.74%提高到1.98%,并且器件具有良好的稳定性。研究表明,In的加入有利于薄膜的成核过程,提高了薄膜的结晶度,改善了薄膜的形貌均匀性;此外,In的加入增大了薄膜的载流子浓度,增强了光吸收,提高了器件的短路电流密度。(2)本工作通过调节不同的Ag/Sb比率,进一步对In掺杂的薄膜进行了研究。通过优化Ag/Sb比率,器件的光电转换效率提高了3倍。研究表明,适当提高薄膜中的Sb含量可以减少薄膜中的杂质、改善薄膜的结晶度、增强光吸收、提高薄膜的载流子传输效率;同时,适当提高薄膜中的Sb含量可以减小吸收层和缓冲层之间的导带偏移、优化能带排列结构、减少界面处的载流子复合。综上所述,本工作采用原位喷雾热解法制备了薄膜,并通过In掺杂与不同Ag/Sb的调节有效提升了器件的性能,对Ag Sb S薄膜太阳能电池的进一步研究具有参考价值。

关键词：薄膜太阳能电池原位喷雾热解法 agsbs2 AgInxSbS2(Se) 载流子复合

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agsbs2(Se)薄膜的制备及其光伏特性研究

AgSbS2(Se)薄膜的制备及其光伏特性研究

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作者：谢璠重庆理工大学

学位级别：硕士

近年来,硫化银锑(Ag Sb S)作为光伏材料的吸收层引起了众多科研者兴趣,主要由于具有良好的物理性质,比如,具有合适的能隙(1.4-1.7e V),在近红外和可见光区域具有较高的吸收系数(10～10cm)以及具有相对In与Ga便宜、且储量丰富的组成元素... 详细信息

近年来,硫化银锑(Ag Sb S)作为光伏材料的吸收层引起了众多科研者兴趣,主要由于具有良好的物理性质,比如,具有合适的能隙(1.4-1.7e V),在近红外和可见光区域具有较高的吸收系数(10～10cm)以及具有相对In与Ga便宜、且储量丰富的组成元素等特点。然而,由于制备技术的不成熟,器件性能表现偏低,导致Ag Sb S的应用十分受限。为获得较高的光电转换效率,现最主要方法是提高薄膜质量,其中离子取代是改善薄膜质量的常用方法。因此,本论文采用超声喷雾法制备出介孔形貌的Ag Sb S薄膜,后续利用阴离子取代(Se取代S)改善Ag Sb S晶体薄膜质量。探讨超声喷雾工艺的参数对Ag Sb S薄膜质量的影响,重点研究了阴离子取代对薄膜形貌、晶体缺陷、能带结构以及载流子运输性能的影响。具体内容包括以下几个方面:(1)采用超声喷雾热解法制备Ag Sb S薄膜,通过控制衬底温度、前驱体液中的Ag/Sb的比例获得单相的Ag Sb S薄膜,并探讨了以上工艺参数对薄膜的光学性质、形貌的影响。控制衬底温度为350℃时,可获得具有介孔形貌的Ag Sb S单相薄膜。与阴离子取代法(通过退火工艺完成)相结合,构建ITO/Cd S/Ag Sb S(Se)/Au太阳能电池结构,不同Ag/Sb的比例,光伏器件各项性能参数表现不同,其中当Ag/Sb=1:1时,光伏器件在300-600nm光响应更强烈,表现为更优外量子效率。同时交流阻抗的结果也表明Ag/Sb=1:1的光伏器件,具有最小串联电阻(206Ω)与最大载流子传输时间(7.48ms),说明该器件具有较低的载流子复合和更有效的电荷传输。后续探讨Ag Sb S薄膜沉积厚度对器件光伏性能影响,结果表明当薄膜厚度为4.5周期(约为850nm),器件表现出更优的开路电压以及外量子效率。(2)采用阴离子取代改善Ag Sb S晶体薄膜质量,选取与S同主族的Se元素,通过对超声喷雾法制备的Ag Sb S薄膜进行硒化处理,并通过优化硒化时间来控制薄膜中的Se浓度,与硫化(～0.6%)和真空处理(～0.42%)的器件对比,可发现硒化6min的转换效率达到最优(～1.3%)。数据结果表明,在能级匹配方面,带隙能级从表面的1.15e V变化到深层内部的1.68e V的级联型能级,具体表现为紧邻Cd S为Ag Sb S、紧邻Au电极为Ag Sb S(Se)梯度式的能带结构,降低Au电极与Ag Sb S(Se)吸收层之间的空穴传输势垒,促进了空穴传输。霍尔效应测试中,同样对比真空处理(5.7×10cm)与硫化处理(1.03×10cm)数据,由于硒化处理Se部分取代S元素,载流子浓度极大提升(3.31×10cm),硒化6min的薄膜电阻率为98.4Ω/cm,载流子浓度的增多与电阻率的降低,硒化处理后的器件性能表现出更优的短路电流(～8.59m A/cm),将器件的转换效率从未退火处理的0.27%提升至1.30%。综上所述,本论文采用喷雾热解法制备Ag Sb S薄膜,通过阴离子取代,形成梯度式的能带结构,有效提高了器件的光电转换效率,为Ag Sb S(Se)器件的光伏特性探讨提供了理论支撑,并为Ag Sb S的研究提供新思路。

关键词： agsbs2 硒化喷雾热解法薄膜太阳能电池

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喷雾热解制备铟锑添加改性的复合硫锑银薄膜及其光伏性能研究

喷雾热解制备铟锑添加改性的复合硫锑银薄膜及其光伏性能研究

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作者：李皓阳电子科技大学

学位级别：硕士

agsbs是一种无机硫系金属三元化合物材料,具有光吸收系数高,成分简单易制备,绿色环保成本低等一系列的优点,是一种前景很广阔的优秀光伏材料。但目前agsbs薄膜太阳能电池的器件效率并不高,面临着制备工艺不够成熟,薄膜制备易出现杂相,... 详细信息

agsbs是一种无机硫系金属三元化合物材料,具有光吸收系数高,成分简单易制备,绿色环保成本低等一系列的优点,是一种前景很广阔的优秀光伏材料。但目前agsbs薄膜太阳能电池的器件效率并不高,面临着制备工艺不够成熟,薄膜制备易出现杂相,导带偏移等一系列问题。本研究工作介绍了通过喷雾热解,在CdS缓冲层上喷涂制备了In单独添加和Sb单独添加的agsbs复合薄膜作为吸收层,且转换过程发生在喷涂周期更替的空闲时间,使得两薄膜构成统一膜层,解决了In,Sb两元素同时添加改性时相互影响的问题,尽可能发挥了各自的改性作用。通过背部叠加单元素改性吸收膜层引入能带分级,优化了了能级结构,研究工作主要包含两部分:(1)在总喷涂周期为四个周期的情况下,研究了不同喷涂周期组合对于薄膜及其器件的影响。共有五种喷涂周期组合:4T(In),3T(In)+1T(Sb),2T(In)+2T(Sb),1T(In)+3T(Sb)以及4T(Sb)。研究发现,合适的喷涂周期组合即厚度组合利于薄膜成相,提升了薄膜吸光能力,使得In与Sb的综合改性优化作用充分发挥,器件的Jsc和Voc均获得不同幅度的提升,实现了效率的大幅提升。同时研究了硒化时间对于薄膜及其器件性能的影响,当硒化时间过长时,薄膜形貌会急剧下降,出现大量孔洞和裂纹,导致器件效率大幅降低。(2)在合适的喷涂周期组合的情况下,研究了不同喷涂顺序组合对于薄膜和器件的影响,共有三种喷涂顺序组合:2T(In)+2T(Sb),1T(In)+2T(Sb)+1T(In)以及2T(Sb)+2T(In)。通过测试表征发现AgSb(S,Se)薄膜结构较疏松,形貌较差,存在一定的孔洞与裂纹,将其与CdS缓冲层直接接触时,容易出现附着力较差的现象,从而影响载流子传输,而将AgInS(S,Se)薄膜与CdS缓冲层直接接触,既可以避免这种问题,还可以优化能级结构,促进载流子传输。合适的喷涂顺序组合可以优化界面,提升薄膜吸光特性,优化能带结构,促进载流子传输。综和上述工作,本研究制备了In,Sb单添加的agsbs复合薄膜作为吸收层,研究了喷涂周期组合和喷涂顺序组合对于薄膜及其器件的影响,与agsbs标件相比,Jsc和Voc均获得不同幅度的提升,同时器件的FF也提升至50%上,从而保证了器件的高效率,最佳器件效率达到了3.57%。

关键词：薄膜太阳能电池喷雾热解复合薄膜吸收层 agsbs2

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