PLD法制备SnS、ZnS薄膜及其器件的研究

发布时间：2017-06-18 20:13

  本文关键词：PLD法制备SnS、ZnS薄膜及其器件的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：SnS薄膜是一种新型光伏材料,适合作为太阳电池和光电器件光吸收层。ZnS薄膜具有较高的可见光透过率和良好的光电性能,适合作为太阳能电池的窗口层。SnS和ZnS薄膜在异质结太阳电池中有很好的应用潜力。本文研究脉冲激光沉积法制备SnS、ZnS薄膜及其器件,主要研究不同退火温度对SnS薄膜的影响,能量密度和重复频率对ZnS薄膜的影响,以及SnS/ZnS异质结器件的制备。利用脉冲激光沉积法在玻璃衬底上生长、并经Ar保护下快速退火制备SnS薄膜。利用X射线衍射、拉曼光谱、X射线能量色散谱、原子力显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计等表征手段,对不同条件下(脉冲激光能量：90mJ和140mJ；退火温度：100℃至400℃)制备SnS薄膜的晶体结构、化学组分、表面形貌、光学特性等进行表征分析。结果表明：脉冲激光能量为140mJ、退火温度为300℃时所制备的SnS薄膜结晶质量良好、择优取向生长良好、成分接近理想配比(Sn：S=1：1.03)、光吸收系数为105cm-1量级。利用脉冲激光沉积法在玻璃基片上、以不同的激光能量密度和脉冲重复频率制备了一系列ZnS薄膜。利用X射线衍射、紫外-可见-近红外分光光度计等,对ZnS薄膜的晶体结构、光学特性等进行表征,计算或分析了薄膜样品的结晶性、晶粒尺寸、光学常数和禁带宽度。结果表明：所制备ZnS薄膜的结晶质量良好,为(002)晶面择优取向生长,而较高的激光能量密度结合较低的重复频率是生长高质量ZnS薄膜的条件。在激光能量密度为7.5J/cm2、重复频率为2Hz条件下制备的ZnS薄膜,为纤锌矿结构,结晶度和择优取向度最高,堆积密度为0.967,可见光透过率高,禁带宽度为3.55eV。在玻璃衬底上利用脉冲激光沉积制备In/p-SnS/n-ZnS/In异质结器件。Ⅰ-Ⅴ测试结果表明该器件具有良好的整流特性和微弱的光伏特性,在0.35mW/cm2光照条件下,开路电压Uoc为0.34V,短路电流Isc为1.41×10-9A,短路电流密度Jsc为7.01×10-9A/cm2,填充因子FF为25.4%。
【关键词】：SnS薄膜 ZnS薄膜 脉冲激光沉积 快速退火 光学特性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 太阳能电池介绍15-18
• 1.1.1 太阳能电池的意义15
• 1.1.2 太阳能电池的工作原理15
• 1.1.3 太阳能电池的性能表征15-18
• 1.2 太阳能电池的分类18-20
• 1.2.1 晶体硅太阳能电池18-19
• 1.2.2 薄膜太阳能电池19-20
• 1.3 薄膜太阳能电池的发展前景20
• 1.4 本文的目的和内容20-21
• 第二章 SnS薄膜太阳能电池材料21-25
• 2.1 SnS薄膜材料21
• 2.2 SnS薄膜及器件的研究进展21-22
• 2.3 SnS薄膜的制备方法22-25
• 第三章 SnS、ZnS薄膜制备设备及表征仪器25-32
• 3.1 脉冲激光沉积系统25-26
• 3.2 快速退火系统26-27
• 3.3 X射线衍射仪27-28
• 3.4 拉曼光谱28
• 3.5 场发射扫描电子显微镜28-29
• 3.6 原子力显微镜29-30
• 3.7 紫外可见近红外分光光度计30-31
• 3.8 半导体特征分析系统31
• 3.9 本章小结31-32
• 第四章 脉冲激光沉积结合快速退火制备SnS薄膜及其表征32-44
• 4.1 引言32
• 4.2 实验过程32-33
• 4.2.1 SnS薄膜的制备32
• 4.2.2 测试方法32-33
• 4.3 结果与分析33-43
• 4.3.1 薄膜晶体结构分析33-36
• 4.3.2 薄膜拉曼光谱分析36-37
• 4.3.3 薄膜组分分析37-38
• 4.3.4 薄膜表面形貌分析38-40
• 4.3.5 薄膜断面形貌分析40
• 4.3.6 薄膜光学特性40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 脉冲激光沉积制备ZnS薄膜44-54
• 5.1 引言44
• 5.2 实验44-45
• 5.2.1 ZnS薄膜的制备44-45
• 5.2.2 测试方法45
• 5.3 结果与分析45-52
• 5.3.1 薄膜晶体结构分析45-48
• 5.3.2 ZnS薄膜的光学特性48-52
• 5.4 本章结论52-54
• 第六章 SnS/ZnS异质结器件54-58
• 6.1 SnS/ZnS异质结器件的结构和制备54
• 6.2 In与SnS、ZnS薄膜的接触54-56
• 6.3 SnS/ZnS异质结的I-V特性56-57
• 6.4 本章小结57-58
• 第七章 总结58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况63

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