硫化锡、硫化镉薄膜的制备及材料性能的研究

摘要

太阳能是地球上取之不尽洁净环保的能源。人类利用光伏效应使太阳能转化为电能以致使太阳能利用领域更加广阔。本论文中，用化学水浴法制备了作为太阳电池吸收层材料的硫化锡薄膜。为了改善薄膜性能，将水浴沉积的薄膜分别在空气和氮气中进行热处理。对这样的一些薄膜运用各种测试手段对其结构组成、表面形貌、光学性能和电学性能进行了表征。对于太阳电池中形成P-N结所必须的N型窗口的硫化镉材料的制备分别采用电化学沉积法和化学水浴沉积法沉积得到。同样为了改善硫化镉性能使之更适合应用于太阳电池的窗口层，对它进行了热处理和掺杂，测量并讨论这些因素对薄膜性能的影响。本文并试作了CdS/SnS异质结太阳电池，首先在ITO导电玻璃上电沉积得到硫化镉薄膜，再在其上水浴沉积硫化锡薄膜，并以铟镓电极为背电极，制备了硫化锡太阳电池，然后对其电学性能加予了测试，讨论了影响太阳电池效率的一些因素。 对薄膜材料和电池的性能测试结果表明：1)硫化锡为斜方相的多晶结构，电化学沉积的未经热处理的硫化镉薄膜为立方相，热处理后的CdS部分转变为六方相。而由化学水浴法沉积的硫化镉薄膜的主要晶相为立方相。2)化学沉积的硫化锡表面比较平整但疏松，空洞较多，呈交织的网状结构。对于化学水浴沉积的硫化镉致密的全部覆盖了玻璃，没有出现孔和洞的缺陷。增加沉积时间表面出现了团聚状的胶体粒子。而电沉积法制备得到的硫化镉薄膜均匀致密、表面光滑。3)在相当大的光子能量范围(1.5eV～4.3eV)，硫化锡的吸收系数在105cm-1以上并随着光子能量的增加吸收系数也随之增加。在吸收边附近，硫化镉吸收系数达到104cm-1以上。硫化锡薄膜的光学禁带宽度Eg=1.5eV，而硫化镉薄膜的光学带隙为2.45eV。4)银电极能与硫化锡能形成良好的欧姆接触。若在硫化镉中掺入适量的杂质硼(溶液中掺硼量为10-1)时，金、银电极也可以形成良好的欧姆接触。化学水浴法制备的硫化锡薄膜和硫化镉薄膜的电导率分别为10-5Ω_·cm-1和10-7Ω-1·cm-1的数量级。5)以硫化镉薄膜作为太阳电池的窗口层，硫化锡薄膜太阳电池吸收层初步制备的硫化锡太阳电池的开路电压为0.1V，短路电流为4.9mA/cm2，填充因子为0.25，转换效率为0.2％。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

1引言

2硫化锡的晶格结构与制备工艺

2.1硫化锡的分子结构

2.2硫化锡制备的研究概况

3硫化镉的晶格结构与制备工艺

3.1硫化镉的分子结构

3.2硫化镉制备方法的研究概况

4 CdS/SnS太阳电池研究进展概况

5课题研究意义和研究内容

第二章薄膜生长原理，太阳电池原理和测试方法

1溶液生长薄膜沉积机理

1.1化学水浴沉积原理

1.2电化学共沉积合成的原理

2太阳电池原理

3实验测试方法

3.1 SnS及CdS薄膜光学常数的测定

3.2 SnS及CdS薄膜的电学性能测量

第三章硫化锡硫化镉薄膜的制备和性能表征

1硫化锡和硫化镉的制备工艺

1.1化学水浴法沉积SnS薄膜的实验过程

1.2化学水浴法沉积CdS薄膜的过程

1.3电化学法沉积CdS薄膜的过程

1.4制备的硫化锡硫化镉外观形貌

2硫化锡和硫化镉薄膜的结构性能

2.1薄膜的结构性能对太阳电池材料的影响

2.2硫化锡和硫化镉薄膜的X R D图研究

2.3硫化锡和硫化镉的表面形貌图研究

3太阳电池材料的光学性质

3.1半导体材料的光学定律

3.2硫化锡和硫化镉薄膜的透光性能和光吸收系数

3.3不同温度下的热处理对薄膜透光度的影响

3.4硫化锡与硫化镉薄膜的禁带宽度

4硫化锡与硫化镉的电学性能

4.1硫化锡与硫化镉表面的不同金属电极

4.2薄膜的光电导和暗电导

4.3硼掺杂对化学水浴法制备的硫化镉薄膜电导的影响

第四章SnS/CdS异质结太阳电池

1太阳电池的电学模型和转换效率

1.1太阳电池的电学模型

1.2太阳电池的转换效率

2 SnS/CdS异质结太阳电池

3 SnS/CdS异质结太阳电池的制备及测试

第五章总结与展望

1总结

2展望

参考文献

硕士研究生期间发表的学术论文

致谢