發(fā)布時間：2018-02-26 21:08

  本文關(guān)鍵詞： SnS薄膜 磁控濺射 脈沖激光沉積 膜厚 Cu摻雜　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：SnS是一種新型光伏材料,具有適合作為太陽電池和光電器件光吸收層的多種物理化學(xué)性質(zhì),具有良好的應(yīng)用前景,SnS薄膜及其器件制備與性質(zhì)的研究受到很大關(guān)注。本文對不同厚度SnS薄膜、Cu摻雜SnS薄膜及其異質(zhì)結(jié)器件的制備和性能進行了系統(tǒng)研究。利用射頻磁控濺射法在玻璃襯底上制備了不同厚度的SnS薄膜。用X射線衍射(XRD)、X射線能譜儀(EDS)、原子力顯微鏡(AFM)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)和紫外-可見-近紅外分光光度計(UV-VIS-NIR)分別對所制備薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、組分、表面形貌、厚度、反射率和透過率進行表征分析。研究結(jié)果表明：薄膜厚度的增加有利于改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和組分配比,晶粒尺寸和顆粒尺寸隨著厚度的增加而變大。樣品的折射率在1500nm-2500nm范圍內(nèi)隨著薄膜厚度的增大而增大。樣品在可見光區(qū)域吸收強烈,吸收系數(shù)達105cm-1量級。薄膜厚度增加到1042nm時禁帶寬度為1.57eV,接近于太陽電池材料的的最佳光學(xué)帶隙。利用脈沖激光沉積法(PLD)在玻璃襯底上制備了不同Cu摻雜濃度的SnS薄膜。對所制備的薄膜晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、厚度、透過率和電學(xué)特性進行表征分析。研究結(jié)果表明：所有樣品均沿著(111)晶面擇優(yōu)取向生長,隨著Cu摻雜濃度的增大,(111)晶面的衍射峰不斷增強,樣品的表面粗糙度略增加。10%(原子比)摻Cu SnS薄膜出現(xiàn)了對應(yīng)于Cu2SnS3的(131)晶面的衍射峰。Cu摻雜濃度在2.5%～7.5%的樣品吸收系數(shù)相較于未摻雜的SnS薄膜有所提高。Cu摻雜明顯提高了SnS薄膜的電導(dǎo)率,摻雜濃度為5%樣品的電導(dǎo)率為169.0uS/cm,在3.5mW/cm2光照條件下光電導(dǎo)率為438.7uS/cm,光暗電導(dǎo)率之比為2.59。在玻璃襯底上制備了In/p-SnS/n-ZnS/ITO異質(zhì)結(jié)器件,利用半導(dǎo)體參數(shù)表征系統(tǒng)進行了器件的電學(xué)特性測試。測試結(jié)果表明：器件具有良好的整流特性和較弱的光伏特性,在3.5mW/cm2光照條件下,開路電壓Uoc為0.30V,短路電流密度Jsc為3.1×10-9A/cm2。
[Abstract]:SnS is a new type of photovoltaic material, which has many physical and chemical properties suitable for photoabsorption layer of solar cells and optoelectronic devices. The preparation and properties of SNS thin films and their devices have attracted much attention. In this paper, the preparation and properties of Cu-doped SnS thin films and their heterojunction devices with different thickness SnS thin films have been systematically studied. SnS thin films of different thickness were prepared on glass substrates by RF magnetron sputtering. X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and UV-Vis / NIR spectrophotometry were used. UV-VIS-NIRs were used to analyze the crystal structure of the films. The composition, surface morphology, thickness, reflectivity and transmittance of the films were characterized and analyzed. The results showed that the increase of the film thickness was beneficial to the improvement of the crystalline quality and the composition distribution ratio of the films. The grain size and particle size increase with the increase of thickness. The refractive index increases with the increase of film thickness in the range of 1500nm-2500nm. The absorption coefficient is 105 cm ~ (-1). When the thickness of the film increases to 1042 nm, the band gap is 1.57 EV, which is close to the optimum optical band gap of solar cell material. SnS with different Cu doping concentration was prepared on glass substrate by pulsed laser deposition method. Thin films-Crystal structure of the films prepared, The surface morphology, thickness, transmittance and electrical properties were characterized and analyzed. The results show that all the samples have preferred orientation along the crystal plane and the diffraction peak of the crystal plane increases with the increase of Cu doping concentration. The surface roughness of the sample increased slightly. 10 / (atomic ratio) Cu doped SnS thin film appeared diffraction peak corresponding to Cu2SnS3 crystal plane. The absorption coefficient of the sample with 2.5% Cu doping concentration was higher than that of the undoped SnS film. Cu-doped thin film was obviously improved. Cu-doped. High conductivity of SnS thin films, The conductivity of doped 5% samples was 169.0 US / cm, and the photoconductivity was 438.7 渭 s / cm under 3.5 MW / cm ~ 2 illumination. The ratio of light to dark conductivity was 2.59.The In/p-SnS/n-ZnS/ITO heterojunction devices were fabricated on glass substrates. The electrical properties of the device were tested by using the semiconductor parameter characterization system. The results show that the device has good rectifying characteristics and weak photovoltaic characteristics. Under 3.5 MW / cm ~ 2 illumination, the open-circuit voltage Uoc is 0.30 V and the short-circuit current density Jsc is 3.1 脳 10 ~ (-9) A / cm ~ (2) 路cm ~ (2).
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ134.32;TB383.2

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本文編號：1539669