電沉積制備CuSbSe2及其太陽電池器件研究.pdf

1、IB-VA-VIA2族黃銅礦結(jié)構(gòu)CuSbSe2半導(dǎo)體化合物元素組成含量豐富、無毒且具備優(yōu)異的光、電學(xué)性能而成為最有發(fā)展前景的光伏材料。CuSbSe2作為一種我國(guó)具有資源優(yōu)勢(shì)的薄膜太陽電池新型光吸收層材料，有望替代Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)，解決CIGS薄膜太陽電池發(fā)展中存在資源稀貴短缺的難題。電化學(xué)沉積法是一種成本低廉非真空制備技術(shù)，有望在未來獲得大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。電沉積制備CuSbSe2薄膜需要通過熱處理工藝來改善其結(jié)

2、晶性能，快速熱處理工藝升溫速率快、熱處理時(shí)間短，能有效減少CuSbSe2薄膜易揮發(fā)組分Sb、Se的逸出損失。
　　本論文主要采用CV、SEM、EDS、XRD、UV、PEC等多種表征手段揭示了CuSbSe2薄膜電沉積機(jī)理，研究了快速熱處理工藝對(duì)CuSbSe2薄膜成分、形貌、結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，制備了CuSbSe2薄膜太陽電池器件并探索其改性研究，主要研究結(jié)論如下:
　　(1)采用循環(huán)伏安法研究CuSbSe2電沉積制備機(jī)理，比較了貧

3、銅、富銅成分的CuSbSe2薄膜性能。結(jié)果表明，在-0.40 V得到CuSbSe2薄膜化學(xué)計(jì)量比接近1∶1∶2，顆粒尺寸均勻、形貌緊湊并具有平整致密的薄膜表面形貌，因此-0.40 V是研究范圍內(nèi)最佳沉積電勢(shì)。貧銅和富銅成分薄膜均以CuSbSe2為主相、Sb2Se3為雜相，貧銅和富銅成分薄膜均顯示超過7×104 cm-1的高光吸收系數(shù)，帶隙寬度為1.09eV。同時(shí)光電化學(xué)檢測(cè)結(jié)果表明貧銅成分的CuSbSe2薄膜具有更高的光電轉(zhuǎn)化效率。

4、r>　　(2)研究了快速熱處理工藝對(duì)CuSbSe2薄膜成分、形貌、結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，快速熱處理后薄膜組分揮發(fā)少、成分接近理想化學(xué)計(jì)量比，結(jié)晶性能得到了很大的提高。隨著熱處理溫度的升高結(jié)晶性能逐漸加強(qiáng)但形貌惡化，420℃熱處理后薄膜表面平整、致密，各晶粒之間存在明顯的界面，結(jié)晶性能好，為最優(yōu)的熱處理溫度;延長(zhǎng)保溫時(shí)間、提高升溫速率并不能明顯地改善其結(jié)晶性能。
　　(3)制備了CuSbSe2薄膜太陽電池器件并探索了其改性研究。本文

5、制備的CuSbSe2薄膜太陽電池器件開路電壓為264mV，短路電流密度為5.11 mA/cm2（面積為0.12cm2），填充因子為0.293，電池的效率為0.395％，器件的短路電流和整體電池效率均較低，還有很大的提升空間。針對(duì)預(yù)制層CuSbSe2薄膜分別做了硫化和硒化改性研究探索，硫化熱處理得到的CuSb(Sex，S1-x)2薄膜光電性能良好，其器件效率為0.204％;硒化熱處理得到了Cu3SbSe4，但薄膜表面多孔，制作的器件發(fā)生了