（英）硫代硫酸钠浓度对电沉积制备铜锌锡硫硒薄膜性质的影响

采用后硒化Cu-Zn-Sn-S电沉积预制层的方法制备了铜锌锡硫硒薄膜,其中Cu-Zn-Sn-S预制层是通过含有不同浓度的硫代硫酸钠电解液电沉积而成的.实验发现,硒化前后薄膜的性质与硫代硫酸钠浓度密切相关.SEM,EDS,XRD,Raman和透射光谱分析表明,当硫代硫酸钠的浓度为5 mM时,沉积的薄膜形貌平整,晶粒明显,组分贫锌,具有单一的铜锌锡硫硒结构,且其带隙为1.11 eV; 在浓度高于5 mM下沉积的薄膜形貌粗糙并产生杂相硒化锡; 在浓度低于5 mM下沉积的薄膜组分严重贫锌并生成大量的Cu2SnSe3.     

薄膜太阳电池技术发展趋势浅析

低成本、高效率的薄膜太阳电池是未来光伏产业发展的重要方向之一。主要介绍了目前备受关注的薄膜太阳电池,包括硅基薄膜太阳电池、铜铟镓硒与铜锌锡硫薄膜太阳电池,及砷化镓薄膜太阳电池等,简述了它们的各自特点、研究现状、主要技术路线和产业化发展等情况。最后展望了薄膜太阳电池未来的发展趋势。     

基于纳米颗粒的铜锌锡硫硒薄膜制备

采用热注入法制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米颗粒,并形成高分散、稳定的"墨水",采用滴注方法形成CZTS前驱体薄膜。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱(UV-VIS)对CZTS纳米颗粒的晶体结构、表面形貌和带隙进行了表征。Raman数据显示合成的纳米颗粒为纯的CZTS,不存在ZnS和Cu2SnS3等杂相。傅里叶红外光谱(FTIR)和UV-VIS表明合成的CZTS纳米颗粒表面被油胺(OLA)包覆,并且其带隙为1.52 eV。对CZTS前驱体薄膜在硫化氢气氛和固态硒气氛中退火处理,得到铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜。结果表明,经硫化氢处理后薄膜表面平整但CZTS晶粒并没长大,而经过固态硒处理后得到了结晶质量较好的CZTSSe薄膜。     

衬底温度对CZTSSe薄膜结构特性的影响

采用热蒸发法制备铟锌锡硫(CZTSSe)薄膜。采用低 温一步 法在300℃衬底温度下制备CZTSSe薄膜;采用两步法,即在衬底温度 分别为300℃制备CZTSSe 薄膜;将衬底温度设定为480℃不变,一步蒸发沉积CZTSSe薄膜。通 过对X射线衍射(XRD)、 扫描电镜(SEM)、拉曼谱对比发现,在300℃低温下一步法和300℃ 、480℃两 步法沉积的薄膜表面粗糙,碎小晶粒较多;在480℃一步高温法制备 的薄膜表面平整, 晶粒大小均匀,3个衍射峰的半高峰宽变窄,薄膜的结晶质量得到 改善,且没有发现其它杂相的拉曼特征峰,沉积出适合作为制备CZTSSe薄膜太阳电池的 吸收层。     

溶胶-凝胶非硫化法制备铜锌锡硫薄膜

采用溶胶-凝胶非硫化方法制备了表面平整、致密的铜锌锡硫薄膜.XRD及Raman分析表明制备的铜锌锡硫薄膜为锌黄锡矿结构.能谱分析表明所有薄膜均贫铜富锌贫硫.场发射扫描电子显微镜测得薄膜的厚度在0.7 μm左右.透射光谱表明随后退火温度的提高薄膜的光学带隙从2.13 eV减小到1.52 eV.     

铜锌锡硫化合物电池或研发成功

据美国物理学家组织网报道,美国普渡大学科学家最新报告称,他们设计出了由低成本、来源丰富的材料制成的太阳能电池,这种电池易于大规模生产且性能非常稳定,其全域转化效率高达7.2%,高于目前的同类太阳能电池,其转化效率在未来还有很大的提升空间。     

近空间升华法制备高取向硒化锑薄膜太阳电池

硒化锑太阳电池以其原材料丰富、工艺简单和结 构稳定等优势,近年来得到了快速发 展。本论文采用近空间升华法制备硒化锑光电薄膜,并对硒化锑的生长进行了机理研究和参 数优化。结果显示:衬底温度的提升有助于硒化锑薄膜的晶化。当衬底温度为 340 ℃时,薄 膜具有较高的晶化率和致密的表面形貌。另一方面,蒸发间距的改变能够调制硒化锑薄膜的 择优取向。当蒸发间距为10 mm时,薄膜具有明显的(002)取向的择优,对应(Sb₄Se₆)n带 垂直于衬底生长,使硒化锑光吸收层具有优异的载流子传输特性。将优化好的硒化锑薄膜应 用到太阳电池中,以FTO/CdS/Sb₂Se₃/P3HT/C的器件结构,获得了5.78%的光电转换效率,其 中开路电压为0.375 V,短路电流密度为28.01 mA/cm²,填充因子为54.94%。以上研究为高 取向性硒化锑太阳电池的优化制备提供了技术路线,并显示出了硒化锑太阳电池的研究潜力 。     

PbI2对钙钛矿薄膜及太阳电池性能的影响

碘化铅(PbI₂)是两步法制备钙钛矿薄膜最常使用的金属卤化物前驱体,精确控制PbI₂在钙钛矿薄膜中的含量和空间分布以及优化PbI₂薄膜的形貌结构对于制备高效稳定的太阳电池具有重要意义。探索了PbI₂的浓度和退火方式对钙钛矿薄膜及太阳电池性能的影响。研究发现,PbI₂溶液的浓度不仅决定钙钛矿薄膜中PbI₂的含量,也影响钙钛矿的晶粒尺寸、取向及光学吸收等性质,从而导致器件性能的改变,当钙钛矿薄膜表面分布约45%的PbI₂时器件性能更佳。此外,PbI₂的形貌、结晶性和孔隙度受退火方式的影响显著,与溶剂退火相比,通过短暂的1 min热退火制备的PbI₂薄膜更有利于减少钙钛矿表界面缺陷,提升器件的开路电压,最终使器件的基础光电转换效率(PCE)可以提升至20.89%。上述研究结果有助于进一步优化钙钛矿太阳电池制备工艺,提升器件性能。     

硼掺杂对a-Si薄膜电导率及太阳电池效率的影响

对等离子增强化学气相沉积技术(PECVD)低温制备的非晶硅(a Si)薄膜的电导率随B掺杂浓度的变化规律进行了研究。结果表明:当B2H6/SiH4由0.6%增加到0.8%时,a Si薄膜的暗电导率由10-5(Ω·cm)-1急剧增加到10-1(Ω·cm)-1;进一步增加B2H6/SiH4时,暗电导率增加缓慢;当B2H6/SiH4大于1.0%时,暗电导率急剧下降。对B2H6/SiH4为1.0%及1.2%的P层材料制备的太阳电池的研究结果表明:采用B2H6/SiH4为1.2%的光电转换效率优于1.0%。     

两种制备多晶铜铟硒薄膜方法的比较

采用真空顺序蒸发铜铟金属预置层后真空硒化退火的方法(硒化法),以及真空三元叠层蒸发后氮气气氛退火的方法(叠层法)分别制备了太阳电池吸收层材料CuInSe2薄膜.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、能量色散X射线分析技术等分析手段对薄膜进行了表征.结果表明:两种方法制备的薄膜形貌都比较致密均匀,晶粒直径分别约1.5 μm和约1 μm.组分分析表明所制薄膜均为富铜CIS.硒化法制备的CIS薄膜具有单一的黄铜矿相结构;而叠层法制备的薄膜含有少量杂相,如β-In2Se3等.因此硒化法制备的薄膜更适于作为太阳能吸收层材料.     

钙钛矿薄膜制备技术及其在大面积太阳电池中的应用

详细介绍了钙钛矿薄膜的各种制备方法,系统地探讨了各种制备工艺存在的优点和缺点。在此基础上,综述了大面积钙钛矿太阳电池的各种制备方法的国内外研究进展,并对钙钛矿太阳电池发展历程中的关键节点进行了总结。然后,结合当前的研究进展对钙钛矿太阳电池有待解决的关键性问题,如有毒金属的代替、电池的长期稳定性、大面积太阳电池制备的工艺难点等问题进行了逐一分析并提出了可能的解决方法。最后,对其发展前景进行了展望,希望进一步加深对钙钛矿太阳电池的了解,为今后研究高效、稳定的钙钛矿太阳电池打下坚实的基础。     

可调带隙硫硒化锑薄膜及太阳电池的研究进展

硫硒化锑(Sb₂(S,Se)₃)薄膜太阳电池因其制备方法简单、原材料丰富且低毒、性能稳定等本征优势成为研究热点。目前Sb₂(S,Se)₃太阳电池最高效率已超过10%,显示出产业化潜力。Sb₂(S,Se)₃太阳电池的研究重点是提高吸光层质量和优化器件结构。首先,系统介绍了Sb₂(S,Se)₃薄膜的主流生长工艺;其次,对Sb₂(S,Se)₃太阳电池各功能层选择和渐变带隙结构设计进行分析;最后,对Sb₂(S,Se)₃太阳电池的大面积制备和其在锑基多结叠层太阳电池中的应用潜力做了进一步展望,为其产业化发展提供可行性参考。     

铜锌锡硫带边电子结构及缺陷态的光学表征

利用吸收、光电流和光致发光等光谱表征并结合理论报道,分析了缺陷态丰富的铜锌锡硫半导体材料的光学带隙、带尾态和深浅杂质能级,揭示了Sn_Zn相关的缺陷态是影响铜锌锡硫带边电子结构的关键因素,其中高浓度的中性缺陷簇[2Cu_Zn+Sn_Zn]能导致带隙明显窄化,而离子性缺陷簇[Cu_Zn+Sn_Zn]是主要的深施主缺陷态,同时存在的大量带尾态引起带边相关的光致发光峰明显红移。贫铜富锌条件下,适当减少锡含量,可有效抑制与Sn_Zn相关的缺陷簇,并避免带隙的窄化。     

铜铟镓硒薄膜太阳电池研究进展和挑战

铜铟镓硒(Cu（In,Ga）Se₂,CIGS)太阳电池产业化受到全世界广泛关注。作为高转换效率薄膜电池,其效率可与晶硅电池相比,目前最高效率达到23.35%。对于小面积实验室电池而言,研究重点是精确控制吸收层的化学计量比和效率;对于工业化生产而言,除化学计量比和效率外,成本、重现性、产出和工艺兼容性在商业化生产中至关重要。重点介绍了不同制备工艺、吸收层组分梯度调控、碱金属后沉积处理、宽带隙无镉缓冲层、透明导电层和柔性衬底等研究进展。从CIGS电池的效率来看,将实验室创纪录的高效电池技术转移到平均工业生产水平带来显而易见的挑战。     

CdS薄膜的真空热蒸发制备及在CIGS薄膜太阳电池中的应用

采用真空热蒸发(VTE)的方法制备了CdS多晶薄膜,研究了不同衬底温度对其微观结构与光电性能的影响。结果显示,不同衬底温度下制备的CdS薄膜均属于六方相多晶结构且具有(002)择优取向;随着衬底温度的升高,(002)特征衍射峰强度增加,半高宽变小,相应薄膜结晶度增大;由CdS薄膜的透射光谱可知,在500~1 000nm波段平均透过率均超过80%,光学带隙随着衬底温度的升高而增大(2.44~2.56eV),表明真空热蒸发方法制备的CdS薄膜可以作为CIGS薄膜太阳电池的缓冲层。将真空热蒸发法制备CdS薄膜与磁控溅射法制备CIGS薄膜太阳电池相结合,在同一真空室内得到了CIGS薄膜太阳电池器件,为CIGS薄膜太阳电池的工业化推广提供了新途径。     

Cr应力缓释层对柔性Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳电池性能的影响

柔性Cu₂ZnSn(S,Se)₄(CZTSSe)薄膜太阳电池中的应力是阻碍其发展的一大瓶颈。采用磁控溅射法在柔性Ti衬底和Mo背电极之间引入不同厚度的Cr缓释层,研究其对CZTSSe薄膜应力的影响。结果表明,当Cr应力缓释层厚度为80 nm时,薄膜的结晶质量最好,电池具有最佳的光电性能,相比没有Cr应力缓释层存在的情况,薄膜的残余应力从-7.15 GPa降低至-3.61 GPa,电池的光电转换效率(PCE)从2.89%提高至4.65%,增加了60.9%。Cr应力缓释层的引入不会影响CZTSSe薄膜的晶体结构,相反可有效提高薄膜的结晶质量,降低薄膜的残余应力,最终提高电池的光电性能。     

纳米技术在太阳电池中的应用进展

综述了纳米技术在太阳电池中的应用及研究进展,包括染料敏化太阳电池(DSSC)、硅纳米太阳电池以及近年来成为研究热点的碳纳米管太阳电池等。分别针对二维硅纳米薄膜和一维硅纳米线在太阳电池中的应用,以及碳纳米管用于无机太阳电池、有机太阳电池和染料敏化太阳电池的研究进展进行了系统的阐述。通过分析发现,纳米技术的引入为传统太阳电池高成本和低光电转换率的瓶颈问题提供了很好的解决途径,并进一步提出利用纳米技术实现高效太阳电池转化效率的新思路。     

电沉积法制备CdSe薄膜及其光电性能

采用电沉积法制备了硒化镉(CdSe)薄膜,讨论了Cd(NO3)2和H2SeO3摩尔比(n(Cd∶Se))、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)浓度、沉积电压和时间等条件对CdSe薄膜光电压的影响,并对样品进行X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)等表征.结果表明,CdSe薄膜制备最优条件是在二甲基甲酰胺(DMF)体系中,以0.005 5 mol/L PVP、0.036 mol/L Cd(NO3)2、0.054 mol/L H2SeO3混合液为电解液,室温下3.0V直流电压沉积15 min,可得最高0.368 0 V光电压的CdSe薄膜.XRD表征显示,在2θ值为25.354°,42.010°,49.699°,67.083°和76.780°处出现了(111),(220),(311),(331)和(422)五个晶面衍射峰,与立方型CdSe标准衍射卡(PDF 19-0191)峰位相吻合.EDS分析表明,样品中Cd和Se质量分数分别为45.60％和51.65％,原子分数分别为36.84％和59.02％.SEM表征显示,样品中的CdSe呈多层链网结构,链直径尺寸为80～300 nm.     

μc-3C-SiC用作Cu2ZnSnS4薄膜太阳能电池缓冲层的数值研究

Cu2ZnSnS4(CZTS)太阳能电池是一种低成本环保型的具有巨大发展潜力的新型薄膜太阳能电池。主要对用μc-3C-SiC材料作为CZTS太阳能电池的缓冲层进行了数值研究,发现μc-3C-SiC材料能够显著改善CZTS电池的蓝光光谱响应,提高电池的转换效率。另外,μc-3C-SiC材料没有毒性,具有钝化CZTS表面缺陷以及使用较厚的μc-3C-SiC缓冲层可以不需本征ZnO层等优点,使得μc-3C-SiC成为一种很有应用前景的CZTS薄膜太阳能电池的缓冲层材料。