光電薄膜SnS_2、SnS的制備及其太陽(yáng)能電池的研究

【摘要】：近年來(lái)，人們對(duì)環(huán)保、無(wú)毒的錫硫化合物材料的研究給予了極大的重視，由于其優(yōu)越的光電性能，被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池等光電器件中。相對(duì)于CdTe、GaAs及CIGS等太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，組成錫硫化合物的Sn、S兩種元素地球含量豐富、無(wú)毒、廉價(jià)，有很好的環(huán)境相容性。其中，SnS的直接禁帶寬度Eg為1.3～1.5eV，十分接近太陽(yáng)能電池的最佳禁帶寬度，吸收系數(shù)α104cm-1，其理論上光電轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)到25%，可用作薄膜太陽(yáng)能電池中的吸收層材料；此外，SnS2是一種良好的n型寬帶隙半導(dǎo)體材料，十分適合用作太陽(yáng)能電池的窗口材料。因此，錫硫化合物薄膜的制備與研究對(duì)研制和開發(fā)新型太陽(yáng)能電池有著十分重要的意義和價(jià)值。 本論文采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)結(jié)合固態(tài)源料的方法制備SnS和SnS2薄膜，并研發(fā)出相應(yīng)的異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池，主要工作如下： （1）利用自主研發(fā)的PECVD設(shè)備沉積薄膜，其中源料采用的是固態(tài)源，而非傳統(tǒng)的氣態(tài)源，此裝置大大降低了薄膜沉積的成本，同時(shí)對(duì)環(huán)境不構(gòu)成污染。 （2）利用固態(tài)源料結(jié)合PECVD法制備SnS2薄膜，探討了不同基片種類、不同基片表面溫度、真空退火處理對(duì)SnS2薄膜的物理光學(xué)性能的影響，并分析討論其機(jī)理。 （3）利用固態(tài)錫源SnCl4·5H2O、SnCl2·2H2O和硫源Na2S2O3結(jié)合PECVD法制備SnS薄膜，探討了不同基板表面溫度和不同的錫源對(duì)SnS薄膜的物理光學(xué)性能的影響，并分析討論其機(jī)理。 （4）以SnS2薄膜、ZnO薄膜和TiO2薄膜為n型半導(dǎo)體材料，匹配p型SnS薄膜，分別制備出的glass/FTO/n-SnS2/p-SnS/Ag、 glass/FTO/n-ZnO/p-SnS/Ag和glass/FTO/n-TiO2/p-SnS/Ag異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池，并分析對(duì)比其光電轉(zhuǎn)換效率。 本課題利用PECVD法結(jié)合固態(tài)源制備出了性能良好的SnS和SnS2薄膜，并探索出薄膜可控生長(zhǎng)的工藝條件，成功制備出異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池，這為錫硫化合物薄膜太陽(yáng)能電池的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：錫硫化合物 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 固態(tài)源 異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4;O484.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 太陽(yáng)能電池的簡(jiǎn)介10-16
• 1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容16-17
• 2 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法簡(jiǎn)介與薄膜的制備和表征17-26
• 2.1 SnS_2和 SnS 性質(zhì)與研究進(jìn)展17-19
• 2.2 PECVD 技術(shù)簡(jiǎn)介19-22
• 2.3 薄膜的實(shí)驗(yàn)制備過程22-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 二硫化錫薄膜的制備與性能表征26-39
• 3.1 不同基片材料對(duì) SnS_2薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌的影響27-30
• 3.2 退火處理對(duì) SnS_2薄膜性能的影響30-34
• 3.3 基片溫度對(duì) SnS_2薄膜性能的影響34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-39
• 4 硫化亞錫薄膜的制備與研究39-47
• 4.1 不同基片溫度和不同錫源對(duì) SnS 薄膜的影響39-46
• 4.2 本章小結(jié)46-47
• 5 異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池的制備與研究47-56
• 5.1 glass/FTO/n-SnS_2/p-SnS/Ag 異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池48-50
• 5.2 glass/FTO/n-ZnO/p-SnS/Ag 異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池50-52
• 5.3 glass/FTO/n-TiO_2/p-SnS/Ag 異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池52-54
• 5.4 三種異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池的對(duì)比54-55
• 5.5 本章小結(jié)55-56
• 6 全文總結(jié)與展望56-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67

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