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《吉林大学》 2018年
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Nb掺杂MoSe_2在铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池背电极界面工程中的应用

李岩  
【摘要】:Kesterite结构的Cu_2Zn Sn(S,Se)_4(CZTSSe),由于其优异的物理性能及组成元素地球储藏丰富,价格低和无毒,被认为是制备薄膜太阳能电池理想吸收材料。目前CZTSSe基太阳电池的转换效率已到到12.6%,但仍远小于其理论值(31%)和Cu InGaSe_2基太阳电池转换效率(22.6%)。许多研究表明,背电极Mo与吸收层CZTSSe之间在硒化过程中形成的MoSe_2层是导致转换效率低的主要原因之一。但是影响机制尚有争议。其中一种观点认为过厚MoSe_2的形成会使电池串联电阻增加、背电极接触不良,从而使效率降低。因此,许多研究人员利用在Mo和CZTSSe之间加绝缘阻挡层的方法抑制MoSe_2的形成。这种方法虽然抑制了MoSe_2的生长,但也增加新的串联电阻。因此效果并不明显。我们认为MoSe2对转换效率的影响,除了厚度原因外,其自身电学性能和带隙的影响也是很重要的。许多研究表明,MoSe_2是n型间接带隙半导体,它与CZTSSe在界面会形成阻碍空穴传输到Mo电极的势垒。如果我们通过掺杂改变MoSe_2的导电性能和带隙来减少空穴势垒,或通过改变导电类型形成阻挡电子促进空穴传输的背电场,就能够提高转换效率。最近,有文献报导Nb掺杂可使单层MoSe_2从n型转变为p型。但对薄膜的影响尚不明确。针对CZTSSe电池背电极研究存在的问题和前期相关研究报导,本文提出通过Nb掺杂来改变MoSe_2的电学性质和带隙,从而优化MoSe_2与CZTSSe之间界面结构,进而提高器件效率的研究思路,开展了如下相关研究工作、取得如下研究结果:一、利用直流磁控溅射在钠钙玻璃衬底制备了Mo和Nb掺杂Mo(Mo:Nb)薄膜,通过540℃硒化制备出MoSe_2,Nb掺杂MoSe_2薄膜(MoSe_2:Nb)。实验结果表明:Nb掺杂没有改变Mo薄膜的p型导电类型,但是降低了空穴载流子浓度;MoSe_2薄膜是n型导电半导体,间接带隙为1.18eV,直接带隙为1.52eV。Nb掺杂并没有改变MoSe_2的n型导电类型,但是增加了薄膜的电子浓度。而且随着Nb浓度的增加,MoSe_2的间接带隙变小,直接带隙增大。二、利用金属盐硫脲法在镀Mo和镀Nb掺杂Mo的钠钙玻璃衬底上制备CZTSSe吸收层材料,研究了Nb掺杂对Mo与MoSe_2之间和MoSe_2与CZTSSe之间的界面电学性质的影响。发现Nb掺杂没有改变Mo与MoSe_2之间的欧姆接触;而且Nb掺杂也没有改变CZTSSe/Mo界面的欧姆接触。三、以镀Mo和Nb掺杂Mo钠钙玻璃为衬底上,采用金属盐硫脲法和传统工艺,制备出结构为SLG/Mo(Nb)/CZTSSe/CdS/Zno/ITO/Al的太阳能电池,研究了Nb掺杂对太阳能电池器件性能的影响。发现适当Nb掺杂Mo背电极可以明显提高太阳能电池器件转换效率。适当Nb掺杂最高可使转换效率从4.29%提高得5.36%,提高1.07%。这种转换效率的提高主要归因于Nb掺杂抑制了二次相的生成从而提高了器件的并联电阻,因此提高了电池开路电压。又因为适当Nb掺杂降低了器件的串联电阻因此提高了填充因子。器件效率的提高归因于开路电压和填充因子的提高。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM914.4

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