光电薄膜SnS_2、SnS的制备及其太阳能电池的研究

【摘要】：近年来，人们对环保、无毒的锡硫化合物材料的研究给予了极大的重视，由于其优越的光电性能，被广泛应用于太阳能电池等光电器件中。相对于CdTe、GaAs及CIGS等太阳能电池来说，组成锡硫化合物的Sn、S两种元素地球含量丰富、无毒、廉价，有很好的环境相容性。其中，SnS的直接禁带宽度Eg为1.3～1.5eV，十分接近太阳能电池的最佳禁带宽度，吸收系数α104cm-1，其理论上光电转换效率可高达到25%，可用作薄膜太阳能电池中的吸收层材料；此外，SnS2是一种良好的n型宽带隙半导体材料，十分适合用作太阳能电池的窗口材料。因此，锡硫化合物薄膜的制备与研究对研制和开发新型太阳能电池有着十分重要的意义和价值。 本论文采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)结合固态源料的方法制备SnS和SnS2薄膜，并研发出相应的异质结薄膜太阳能电池，主要工作如下： （1）利用自主研发的PECVD设备沉积薄膜，其中源料采用的是固态源，而非传统的气态源，此装置大大降低了薄膜沉积的成本，同时对环境不构成污染。 （2）利用固态源料结合PECVD法制备SnS2薄膜，探讨了不同基片种类、不同基片表面温度、真空退火处理对SnS2薄膜的物理光学性能的影响，并分析讨论其机理。 （3）利用固态锡源SnCl4·5H2O、SnCl2·2H2O和硫源Na2S2O3结合PECVD法制备SnS薄膜，探讨了不同基板表面温度和不同的锡源对SnS薄膜的物理光学性能的影响，并分析讨论其机理。 （4）以SnS2薄膜、ZnO薄膜和TiO2薄膜为n型半导体材料，匹配p型SnS薄膜，分别制备出的glass/FTO/n-SnS2/p-SnS/Ag、 glass/FTO/n-ZnO/p-SnS/Ag和glass/FTO/n-TiO2/p-SnS/Ag异质结薄膜太阳能电池，并分析对比其光电转换效率。 本课题利用PECVD法结合固态源制备出了性能良好的SnS和SnS2薄膜，并探索出薄膜可控生长的工艺条件，成功制备出异质结薄膜太阳能电池，这为锡硫化合物薄膜太阳能电池的工业化生产奠定了基础。 【关键词】：锡硫化合物 等离子体增强化学气相沉积 固态源 异质结薄膜太阳能电池
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;O484.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 太阳能电池的简介10-16
• 1.3 本论文的研究内容16-17
• 2 等离子体增强化学气相沉积法简介与薄膜的制备和表征17-26
• 2.1 SnS_2和 SnS 性质与研究进展17-19
• 2.2 PECVD 技术简介19-22
• 2.3 薄膜的实验制备过程22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 二硫化锡薄膜的制备与性能表征26-39
• 3.1 不同基片材料对 SnS_2薄膜的结构和形貌的影响27-30
• 3.2 退火处理对 SnS_2薄膜性能的影响30-34
• 3.3 基片温度对 SnS_2薄膜性能的影响34-37
• 3.4 本章小结37-39
• 4 硫化亚锡薄膜的制备与研究39-47
• 4.1 不同基片温度和不同锡源对 SnS 薄膜的影响39-46
• 4.2 本章小结46-47
• 5 异质结薄膜太阳能电池的制备与研究47-56
• 5.1 glass/FTO/n-SnS_2/p-SnS/Ag 异质结薄膜太阳能电池48-50
• 5.2 glass/FTO/n-ZnO/p-SnS/Ag 异质结薄膜太阳能电池50-52
• 5.3 glass/FTO/n-TiO_2/p-SnS/Ag 异质结薄膜太阳能电池52-54
• 5.4 三种异质结薄膜太阳能电池的对比54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 6 全文总结与展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-67
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文67

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