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Preparation and thermoelectric properties of Cu1.8S/cusbs2 composites

Journal of Advanced Ceramics 2019年第2期8卷 209-217页

作者： Chunmei TANG Doudou LIANG Hezhang LI Kun LUO Boping ZHANG Beijing Municipal Key Laboratory of New Energy Materials and Technologies School of Materials Science and Engineering University of Science and Technology Beijing

Chalcostibite(cusbs2)is composed of earth-abundant elements and has a proper band gap(Eg=1.05 eV)as a thermoelectric(TE)***,we report the TE properties in the cusbs2 based composites with a mole ratio of(1–x)cusbs2–x Cu1.8S(x=0,0.1,0.2,0.3),which were prepared by mechanical alloying(MA)combined with spark plasma sintering(SPS).X-ray diffraction(XRD)and back-scattered electron image(BSE)results indicate that a single phase of cusbs2 is synthesized at x=0 and the samples consist of cusbs2,Cu3SbS4,and Cu12Sb4S13 at 0.1≤x≤*** correlation between the phase structure,microstructure,and TE transport properties of the bulk samples is *** electrical conductivity increases from 0.14 to 50.66 S·cm–1 at 723 K and at0≤x≤0.03,while the Seebeck coefficient holds an appropriate value of 190.51μV·K–*** highest ZT value of 0.17 is obtained at 723 K and at x=0.3 owing to the combination of a high PF183μW·m–1·K–2 and a lowκ0.8 W·m–1·K–1.

关键词： cusbs2 phase structure ZT thermoelectric

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Deep Level Defect in Quasi-Vertically Oriented cusbs2 Thin Film

Deep Level Defect in Quasi-Vertically Oriented CuSbS2 Thin F...

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第七届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者： Yuanfang Zhang Jialiang Huang Xueyun Zhang Robert Lee Chin Michael P.Nielsen Germain Rey Yiyu Zeng Henner Kempwerth Ziv Hameiri Nicholas J.Ekins-Daukes Martin A.Green Xiaojing Hao Australian Centre for Advanced Photovoltaics School of Photovoltaic and Renewable Energy EngineeringUniversity of New South Wales

The anomalous optoelectronic properties of quasi-vertical orientated Chalcostibite cusbs2 thin film synthesized on glass substrate was studied in *** well separated absorption edges of cusbs are identified by photothermal-deflection spectroscopy(PDS) at 1.48 eV and 0.90 *** formation mechanism of the inferred edge is found to be crystal orientation *** properties of the 0.9 eV absorption edge was detailed investigated using temperature-dependent photoluminescence(TDPL) characterizations,which ascribe the origin of this phenomenon to a deep level defect state near the mid-bandgap of cusbs.

关键词： cusbs2 Quasi-Vertical Orientation Deep Level Defect

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脉冲电沉积Sb/Cu金属预制层硫化制备cusbs2薄膜太阳能电池的研究

脉冲电沉积Sb/Cu金属预制层硫化制备CuSbS2薄膜太阳能电池的研究

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作者：赵爱美天津理工大学

学位级别：硕士

铜锑硫(cusbs)是一种新型直接带隙半导体材料,其带隙可在1.4～1.6e V范围内调节,光吸收系数高(>10cm),晶粒生长温度低(300～400℃)。因而被认为是制造柔性薄膜太阳能电池有希望的候选者之一。电沉积法因具有材料利用率高、厚度及成分可... 详细信息

铜锑硫(cusbs)是一种新型直接带隙半导体材料,其带隙可在1.4～1.6e V范围内调节,光吸收系数高(>10cm),晶粒生长温度低(300～400℃)。因而被认为是制造柔性薄膜太阳能电池有希望的候选者之一。电沉积法因具有材料利用率高、厚度及成分可控等优点而受到研究人员的推崇。本文主要采用脉冲电沉积后硫化法制备cusbs薄膜太阳能电池,并围绕Cu-Sb金属预制层粗糙度大、硫化过程中Sb元素过度损失、杂相较多等问题展开研究,具体研究内容如下:平整致密且高度结晶的cusbs薄膜可以显著提高电池器件的性能。然而,Cu在Mo衬底上直接电沉积容易出现“树枝状”团簇,导致Cu层表面粗糙度较大。在这种粗糙的Cu层上再沉积Sb层易得到粗糙的Cu/Sb金属预制层,导致在后续硫化过程中很难获得成分分布均匀的cusbs薄膜。本文选择先在Mo衬底上沉积一层Sb缓冲层,再在平滑的Sb层上沉积Cu层,得到表面平整致密且晶粒大小均匀的Sb/Cu金属预制层。本文系统地研究了不同硫化工艺以及金属预制层Sb/Cu原子比对薄膜形貌、成分、物相的影响。研究表明,一步硫化工艺制备的cusbs薄膜杂相众多,薄膜结晶程度差;而采用优化后的两步硫化工艺可以制得相纯的cusbs薄膜,薄膜结晶程度更佳。经过对两步硫化工艺进行优化并调整金属预制层Sb/Cu原子比,薄膜中Sb元素含量提升且SbS杂相明显减少,cusbs薄膜结晶程度显著提高。对cusbs薄膜的生长机理展开研究。研究发现,300-340℃的薄膜中,Cu S与SbS未完全反应,薄膜中SbS杂相较多,薄膜结晶性较差。温度升高,Cu S与SbS反应加强,360℃退火后的cusbs薄膜结晶性较好。然而,温度升高到400℃,cusbs相分解为CuSb S相。通过工艺优化,获得了光电转换效率为0.90%的cusbs薄膜太阳能电池。

关键词： cusbs2 脉冲电沉积 Sb/Cu金属预制层后硫化薄膜太阳能电池

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肼法制备cusbse2及cusbs2薄膜太阳能电池

肼法制备CuSbSe2及CuSbS2薄膜太阳能电池

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第三届新型太阳能电池学术研讨会

作者：杨波王冲丁瑞卿唐江武汉国家光电实验室

cusbse及cusbs因其合适的禁带宽度,较低的原料成本,无毒等特性成为一种很前景的薄膜太阳能电池吸收材料。并且这种材料在薄膜电池应用的方面并没有深入研究的报道。在我们的工作中,我们首先研究了cusbse及cusbs的相稳定性同时根据密度... 详细信息

cusbse及cusbs因其合适的禁带宽度,较低的原料成本,无毒等特性成为一种很前景的薄膜太阳能电池吸收材料。并且这种材料在薄膜电池应用的方面并没有深入研究的报道。在我们的工作中,我们首先研究了cusbse及cusbs的相稳定性同时根据密度泛函计算对其进行了研究缺陷物理研究。我们的计算表明这两种材料都是本征P型材料以铜空位为主导,且禁带中间没有复合中心缺陷。然后我们通过肼法合成了纯相大晶的cusbse和cusbs的薄膜并且对其反应过程及相关的光学电学性质进行了仔细的研究。根据我们的研究,cusbse的禁带宽度为1.04eV,导带和价带分别位于-3.83eV和-4.87eV,测得的空穴迁移率为20.2cm/Vs;cusbs的禁带宽度为1.4eV,导带和价带分别位于-3.8eV和-5.25eV,测得的空穴迁移率为49cm/Vs。最后我们分别以cusbse和cusbs为吸收材料通过化学浴沉浸CdS作为缓存层制备了转换效率分别为2.046%及0.50%的器件。同时我们还对肼法制备cusbse薄膜电池过程中相的变化进行了研究,发现了cusbse分解的现象并据此优化了烧结工艺。

关键词： cusbse2 cusbs2 薄膜太阳能电池

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多元金属硫化物纳米晶的合成及其涂覆薄膜的光电转换性能

多元金属硫化物纳米晶的合成及其涂覆薄膜的光电转换性能

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作者：颜畅中南大学

学位级别：硕士

太阳能光电转换利用是解决能源危机和环境污染问题的有效途径。在各种光电转换材料中,多元金属硫化物薄膜以其转换效率高、稳定性好等优良性质成为研发的热点。采用纳米晶涂覆法制备多元金属硫化物薄膜具有易于化学计量调控、可大面积... 详细信息

太阳能光电转换利用是解决能源危机和环境污染问题的有效途径。在各种光电转换材料中,多元金属硫化物薄膜以其转换效率高、稳定性好等优良性质成为研发的热点。采用纳米晶涂覆法制备多元金属硫化物薄膜具有易于化学计量调控、可大面积连续成膜、非真空和低成本等优势,具有良好的发展前景。本论文研究了四种矿源丰富、环境友好的多元金属硫化物纳米晶的热注射法合成及其涂覆薄膜的光电转换性能,得到以下主要结果：(1)首次合成了粒径为8-11nm且分散良好的Cu3BiS3纳米晶。通过对不同反应时间产物的表征分析,确证了CuS2相和Bi2S3相为合成的中间产物。光吸收测试获得Cu3BiS3内米晶的禁带宽度为1.55eV;光电导测试发现Cu3BiS3纳米晶涂覆薄膜的光、暗电流比达到1.9,表明Cu3BiS3薄膜具有良好的光伏应用潜力。(2)首次合成了长方体状的cusbs2纳米晶。其涂覆薄膜在可见光范围内的光吸收系数大于104cm-1,禁带宽度为1.41eV。光电化学测试表明cusbs2薄膜电极产生了近0.1mA/cm2的光生电流且稳定性良好,同时在可见光范围内的入射光子-电子转化效率(IPCE)值达到5%-15%。这些结果揭示了cusbs2薄膜在太阳能光电转换领域(太阳电池、光电化学池)应用的良好前景。(3)首次合成了粒径为10-14nm的四元Cu2FeSnS4纳米晶。根据不同反应时间产物的表征分析,阐明了从二元Cu-S相到三元CuFeS2相再到四元Cu2FeSnS4相的演变规律。光吸收测试发现Cu2FeSnS4纳米晶的禁带宽度为1.28eV。光电化学测试可知Cu2FeSnS4纳米晶涂覆薄膜电极能产生显著且稳定的光生电流。这些结果初步表明Cu2FeSnS4薄膜用于太阳能光电转换具备可行性。(4)掌握了Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米晶合成、涂覆成膜及太阳电池器件制作的工艺。获得的Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ZAO/Ag结构CZTS太阳电池具有2.29%的光电转化效率,并探讨了器件效率损失的机制。

关键词： Cu2ZnSnS4(CZTS) cusbs2 Cu3BiS3 Cu2FeSnS4 纳米晶涂覆光电转化太阳电池

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