硒化锑薄膜太阳能电池的器件物理研究

发布时间：2017-08-15 11:09

  本文关键词：硒化锑薄膜太阳能电池的器件物理研究

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【摘要】：在能源需求不断增大,矿物能源逐渐消耗,环境问题日益凸显的今天,清洁能源的研究与利用,以及将太阳能转化为电能的太阳能电池,越来越受到研究人员的重视。虽然目前主流的太阳能电池是硅电池,薄膜电池因其轻便与柔性的特点也有特殊的应用价值。传统的铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池与碲化镉(Cd Te)薄膜电池取得了较高性能,同时在成本与环境安全性上有不足之处,因而探寻新型薄膜电池材料成为近年来的研究热点。本课题组经过调研发现硒化锑(Sb2Se3)是一种具有优良光电性能的材料,但其在太阳能电池领域相关的研究报道比较少,进而本课题致力于Sb2Se3薄膜太阳能电池制备与研究,着重从器件物理的角度对电池性能加以分析,研究其基本规律及影响因素,为工艺改进提供意见,最终制备出高性能的电池器件。本文的工作内容涉及薄膜电池制备与器件物理研究两个领域。首先,本文介绍了Sb2Se3薄膜太阳能电池以及薄膜电池器件物理的研究进展。其次,从电流电压、电容以及量子效率三个角度,阐述了器件物理研究理论、特性及表征方法分析,奠定了课题研究的理论基础。然后,介绍了采用热蒸发与快速热蒸发两种方法制备Sb2Se3薄膜太阳能电池的实验步骤,以及后续的退火和氧气处理等优化工艺。最后,从载流子输运机制分析和缺陷与损耗分析两个方向出发,采用上述三种表征方法测试器件性能,计算电池性能参数、二极管参数以及电容相关参数,综合多种理论对表征结果加以合理分析,将理论与实验结合针对开路电压、短路电流、填充因子等关键参数进行研究,并结合能带图与材料特性加以阐述,为进一步优化提升电池性能做好铺垫。通过对Sb2Se3薄膜电池制备工艺参数调节与优化,采用热蒸发法制备的器件达到0.33 V的开路电压,22.9 m A/cm2的短路电压密度,以及3.58%的光电转换效率。输运机制研究表明性能的主要限制因素是低开路电压,主要复合机制是隧穿增强情况下费米能级钉扎的界面复合,激活能EA=0.92 e V。损耗研究表明两大主要限制因素是界面复合与背电极复合,这两处的缺陷密度比较大进而严重影响性能参数。能带图的分析了深化并证实了上述复合机制理论。此外,Sb2Se3特殊的一维晶体结构(由(Sb4Se7)n带组成)可能是其复合损耗现象产生的本质原因。
【关键词】：薄膜太阳能电池 硒化锑 载流子输运机制 缺陷损耗分析 界面复合
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景与意义9-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 2 太阳能电池器件物理基本理论与研究方法18-45
• 2.1 太阳电池器件物理基本理论18-29
• 2.2 薄膜太阳电池器件物理研究方法29-37
• 2.3 器件物理研究综合分析37-43
• 2.4 本章小结43-45
• 3 Sb_2Se_3电池的制备及载流子输运机制研究45-62
• 3.1 器件的制备与优化45-50
• 3.2 载流子输运机制研究50-61
• 3.3 本章小结61-62
• 4 Sb_2Se_3电池的缺陷损耗与综合分析62-89
• 4.1 缺陷与损耗表征分析62-77
• 4.2 器件物理研究对比分析77-80
• 4.3 能带结构及综合分析80-87
• 4.4 本章小结87-89
• 5 总结与展望89-91
• 致谢91-93
• 参考文献93-104
• 附录1攻读硕士学位期间发表论文和专利目录104-105

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本文编号：677808