本文關(guān)鍵詞：硒化銻薄膜太陽能電池的器件物理研究

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【摘要】：在能源需求不斷增大,礦物能源逐漸消耗,環(huán)境問題日益凸顯的今天,清潔能源的研究與利用,以及將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池,越來越受到研究人員的重視。雖然目前主流的太陽能電池是硅電池,薄膜電池因其輕便與柔性的特點(diǎn)也有特殊的應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池與碲化鎘(Cd Te)薄膜電池取得了較高性能,同時在成本與環(huán)境安全性上有不足之處,因而探尋新型薄膜電池材料成為近年來的研究熱點(diǎn)。本課題組經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)硒化銻(Sb2Se3)是一種具有優(yōu)良光電性能的材料,但其在太陽能電池領(lǐng)域相關(guān)的研究報道比較少,進(jìn)而本課題致力于Sb2Se3薄膜太陽能電池制備與研究,著重從器件物理的角度對電池性能加以分析,研究其基本規(guī)律及影響因素,為工藝改進(jìn)提供意見,最終制備出高性能的電池器件。本文的工作內(nèi)容涉及薄膜電池制備與器件物理研究兩個領(lǐng)域。首先,本文介紹了Sb2Se3薄膜太陽能電池以及薄膜電池器件物理的研究進(jìn)展。其次,從電流電壓、電容以及量子效率三個角度,闡述了器件物理研究理論、特性及表征方法分析,奠定了課題研究的理論基礎(chǔ)。然后,介紹了采用熱蒸發(fā)與快速熱蒸發(fā)兩種方法制備Sb2Se3薄膜太陽能電池的實驗步驟,以及后續(xù)的退火和氧氣處理等優(yōu)化工藝。最后,從載流子輸運(yùn)機(jī)制分析和缺陷與損耗分析兩個方向出發(fā),采用上述三種表征方法測試器件性能,計算電池性能參數(shù)、二極管參數(shù)以及電容相關(guān)參數(shù),綜合多種理論對表征結(jié)果加以合理分析,將理論與實驗結(jié)合針對開路電壓、短路電流、填充因子等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究,并結(jié)合能帶圖與材料特性加以闡述,為進(jìn)一步優(yōu)化提升電池性能做好鋪墊。通過對Sb2Se3薄膜電池制備工藝參數(shù)調(diào)節(jié)與優(yōu)化,采用熱蒸發(fā)法制備的器件達(dá)到0.33 V的開路電壓,22.9 m A/cm2的短路電壓密度,以及3.58%的光電轉(zhuǎn)換效率。輸運(yùn)機(jī)制研究表明性能的主要限制因素是低開路電壓,主要復(fù)合機(jī)制是隧穿增強(qiáng)情況下費(fèi)米能級釘扎的界面復(fù)合,激活能EA=0.92 e V。損耗研究表明兩大主要限制因素是界面復(fù)合與背電極復(fù)合,這兩處的缺陷密度比較大進(jìn)而嚴(yán)重影響性能參數(shù)。能帶圖的分析了深化并證實了上述復(fù)合機(jī)制理論。此外,Sb2Se3特殊的一維晶體結(jié)構(gòu)(由(Sb4Se7)n帶組成)可能是其復(fù)合損耗現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)原因。
【關(guān)鍵詞】：薄膜太陽能電池 硒化銻 載流子輸運(yùn)機(jī)制 缺陷損耗分析 界面復(fù)合
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 課題研究背景與意義9-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 2 太陽能電池器件物理基本理論與研究方法18-45
• 2.1 太陽電池器件物理基本理論18-29
• 2.2 薄膜太陽電池器件物理研究方法29-37
• 2.3 器件物理研究綜合分析37-43
• 2.4 本章小結(jié)43-45
• 3 Sb_2Se_3電池的制備及載流子輸運(yùn)機(jī)制研究45-62
• 3.1 器件的制備與優(yōu)化45-50
• 3.2 載流子輸運(yùn)機(jī)制研究50-61
• 3.3 本章小結(jié)61-62
• 4 Sb_2Se_3電池的缺陷損耗與綜合分析62-89
• 4.1 缺陷與損耗表征分析62-77
• 4.2 器件物理研究對比分析77-80
• 4.3 能帶結(jié)構(gòu)及綜合分析80-87
• 4.4 本章小結(jié)87-89
• 5 總結(jié)與展望89-91
• 致謝91-93
• 參考文獻(xiàn)93-104
• 附錄1攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文和專利目錄104-105

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本文編號：677808