溶液法制备Zn1-xSnxO缓冲层的CZTSSe太阳电池性能优化

为了获得环保型太阳电池，利用低成本且安全的溶液法制备Zn_1-xSn_xO（ZTO）,替代CdS缓冲层以获得无镉柔性Cu₂ZnSn（S, Se）₄（CZTSSe）太阳电池.通过优化ZTO层厚度以调控电场和耗尽区，当ZTO层厚度为100 nm时，器件的内建电势可提升至0.35 V,耗尽区宽度增加至0.23μm,能更有效地收集载流子.优化后的器件具有更好的理想因子A（1.60）和更短的电荷转移寿命（26μs）,这表明异质结质量得到提高且界面复合被有效抑制.最佳器件的光电转换效率（PCE）为3.0%,填充因子获得了22.7%的显著提升.     

缓冲层对AZO薄膜的性能影响

采用射频磁控溅射法分别在ZnO缓冲层和Al2O3缓冲层上制备Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见分光光度计、霍尔测试仪等仪器对薄膜的光电特性进行表征.XRD分析结果表明,加入缓冲层的薄膜具有更好的c轴择优取向,薄膜的表面平整,结晶质量有所改善,薄膜在可见光范围内的平均透过率超过80%.引入ZnO缓冲层制备的AZO薄膜的最低电阻率为5.8×10-4 Ω·cm,导电性能得到明显提高.     

硫化锑太阳电池的数值模拟分析

利用Afors-het一维器件模拟仿真软件，研究传统CdS/Sb₂S₃异质结太阳电池器件中Sb₂S₃吸收层和CdS缓冲层厚度、带隙、吸收层受主浓度以及缺陷对电池性能的影响。结果表明，一定厚度的吸收层可以提高器件的短路电流密度，但过厚的吸收层会减小填充因子。研究CdS薄膜发现，过厚的CdS对电池的开路电压，短路电流密度以及填充因子损害较大。Sb₂S₃最优的带隙宽度在1.5～1.6 eV之间。提高Sb₂S₃受主浓度可以有效改善开路电压，但施主缺陷态密度与缺陷态在能级中能量的增加将会使电池效率降低。同时模拟结果表明，当吸收层中载流子寿命达到10^-7 s时，电池的短路电流密度可以得到明显改善。     

磁控溅射制备AlN过渡层ZnO薄膜及其性能研究

大量研究表明ZnO薄膜已在气敏器件、表面声波器件和压敏器件等方面得到较为广泛的应用。由于Si与ZnO的晶格常数及热膨胀系数的失配度均很大,难以实现高质量ZnO薄膜的外延生长,采用中间缓冲层是一种值得研究的工艺。由于AIN的晶格结构与ZnO相同,所以可作为生长高质量ZnO薄膜的缓冲层,并改善ZnO/AlN界面结构。实验采用射频磁控溅射制备了ZnO/AlN双层膜,研究了薄膜的结构和形貌。结果表明,相比于相同工艺下制备的ZnO/Si薄膜,双层膜的生长取向依然是(002),应力减小,结晶质量更好。     

柔性CZTSSe薄膜太阳电池的制备及扩散阻挡层对其性能影响的研究

在不锈钢衬底上,采用溶胶-凝胶后硒化退火工艺制备CZTSSe薄膜并构建成太阳电池器件.采用扫描电镜、X射线能量色谱仪和太阳电池测试系统对薄膜和柔性电池器件进行表征.研究结果表明:通过对比,430钢上制备的CZTSSe吸收层最符合制备高性能器件的要求;研究了不同扩散阻挡层对器件性能的影响,其中Ti阻挡层不仅可以促进CZTSSe晶粒长大,还可以显著提高电池的短路电流和填充因子,对电池的转换效率有大幅的提升,并最终获得了转化效率为1.19%的柔性CZTSSe薄膜太阳电池.     

全化学溶液法制备SrTiO3缓冲层

 化学法制备SrTiO₃薄膜成本低、效率高,适合用于YBa₂Cu₃O_7-δ（YBCO）涂层导体的缓冲层。采用全化学溶液沉积法在Ni-5W金属基带上外延生长了SrTiO₃（STO）缓冲层薄膜。以乙酸盐、钛酸丁酯为原料配制均匀稳定的STO种子层、La_xSr_1-xTiO₃种子层和STO 缓冲层前驱溶液。研究了STO 种子层薄膜厚度对在STO/Ni-5W（200）上沉积STO 外延薄膜性能的影响,结果表明,在880℃烧结温度下制备的3 层STO 种子层上可以制备出表面光滑平整、具有（200）择优取向的STO 缓冲层。尝试将La 元素掺入STO 中制得稳定的LSTO 前驱液,在LSTO/Ni-5W 结构上制备了具有（200）择优取向的STO 缓冲层薄膜,可作为YBa₂Cu₃O_7-δ涂层导体的缓冲层。     

基于ZnO缓冲层的有机太阳能电池数值分析

氧化锌(ZnO)材料具有良好导电性、光透性和稳定性,在光电器件中具有重要用途.利用AMPS-1D探究ZnO作为缓冲层对有机太阳能电池性能的影响.研究发现:添加ZnO缓冲层的有机太阳能电池开路电压、光电转化效率等性能有显著的提高; 电子-空穴产生率和空穴电流密度随着ZnO薄膜厚度增加而减小,而电荷态密度和电子电流密度随着ZnO薄膜厚度增加而增大.     

铅基钙钛矿太阳能电池界面工程的研究

在wxAMPS太阳能电池数值模拟软件微平台上,对ITO/ZnO/界面层(IFL)/MAPbI₃/Sprio-OMeTAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池(PSCs)的电子传输层(ETL)/吸收层的界面工程进行研究。结果表明:在界面层缺陷密度低于1014 cm-3时,PSCs的电池性能几乎不变,当缺陷密度高于1014 cm-3时,PSCs的电池性能急剧下滑。当界面层与吸收层亲和势差(Δχ)在-0.7~-0.1 eV范围时,各项电池性能参数均随Δχ的增大而增大;当Δχ在-0.1~0.5 eV范围时,各项电池性能呈平缓增长;当Δχ大于0.5 eV时,电池的短路电流(J_SC)呈平缓增长趋势,而开路电压(V_OC)、填充因子(FF)及光电装换效率(PCE)快速降低。当带隙E_g在0.9~1.4 eV范围内增大时,PSCs的V_OC、FF和PCE均上升;当带隙E_g大于1.4 eV,PSCs的各项性能参数基本不变。     

旋涂辅助连续离子反应法制备CdS纳米晶及其光电性能

为了解决CdS传统制备工艺中连续离子吸附反应(SILAR)法存在的产物颗粒小、敏化层厚度不易提高的问题,将传统SILAR法中的浸泡吸附工艺改为旋涂工艺,采用全新的旋涂辅助连续离子反应法(S-SILR)制备CdS纳米晶颗粒,同时将新旧两种方法制备的CdS纳米晶分别沉积到ZnO纳米棒有序阵列中进行对比研究,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、瞬态光电流等分析手段对产品形貌、结构、光吸收性能和光电转换性能进行了表征和测试。结果表明,利用S-SILR法制备CdS纳米晶光敏层更容易形成对ZnO纳米有序阵列的完全包覆;与传统的浸泡吸附法相比,改进后的旋涂法所得ZnO/CdS复合薄膜在可见光区的光吸收和光电转换性能更加优异。CdS沉积方法的改进对提高太阳电池制备工艺的可操作性及其光电转换性能有一定的指导意义。     

单带差超晶格中ZnS薄膜的制备及其性质

利用射频磁控溅射法制备了单带差超晶格中ZnS薄膜. 通过XRD和AFM的观察,对其结构进行了研究,并确定了制备均匀致密的多晶ZnS薄膜的最佳条件. 此外,对300 ℃和400 ℃衬底温度下的ZnS薄膜的光透过谱和吸收谱进行了对比,计算出了溅射法制备的ZnS薄膜的光能隙分别为3.82 eV、3.81 eV,与理论值一致. 这种高透过率、均匀致密的ZnS薄膜可用于研制新型高效率的单带差超晶格ZnS/CdS/P-CdTe太阳电池.     

溶胶-凝胶法制备ZnO及Fe掺杂ZnO薄膜及其表征

采用溶胶-凝胶法在玻璃基体上制备了ZnO和Fe掺杂ZnO薄膜,并通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见分光光度计对所制备薄膜的表面形貌、结构和光学性能进行分析。结果表明,2种薄膜均表面光滑,为沿(101)晶面取向的纤锌矿结构;与ZnO薄膜相比,Fe掺杂ZnO薄膜表面更光滑,且晶粒尺寸从58.512nm减小到36.460nm;另外,Fe掺杂后,沿(101)晶面的取向程度减弱,且禁带宽度由3.1eV增大到3.4eV。     

One-pot hydrothermal synthesis and fabrication of kesterite Cu2ZnSn(S,Se)4 thin films

Kesterite Cu_2Zn Sn(S,Se)_4(CZTSSe)powder was synthesized by a hydrothermal process.The thin films were fabricated by physical vapor deposition of CZTSSe powder followed by a thermal annealing process.The kesterite microstructure was identified by the X-ray diffraction and Raman spectroscopy.The morphology and elemental composition of CZTSSe thin films were also investigated.The dependence of resistance on the temperature of CZTSSe film was measured and the thermal activation energy of conductivity was estimated to be 0.33 eV based on Arrhenius plot of resistance versus temperature.A high absorption coefficient(10~4cm~(-1))of CZTSSe was found in the visible and NIR regions of the spectrum.A direct band gap structure with band gap energy of 1.46 eV was also estimated for CZTSSe films.The photoconductivity was measured under both AM 1.5G and NIR illumination and a stable and fully recoverable photoconductivity was observed for both asdeposited and annealed CZTSSe films.The annealed films show a higher photoconductivity than the as-deposited films under both AM 1.5G and NIR lights.     

射频磁控溅射制备CdS多晶薄膜及其性能研究

在室温和不同功率下,用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了CdS薄膜.运用探针式台阶仪、x射线衍射分析仪、紫外可见分光光度计、扫描电镜(SEM)等仪器对制备的CdS薄膜进行了表征分析.主要研究讨论了溅射功率对薄膜性质的影响.结果表明:制备的CdS薄膜为立方相和六方相的混合晶相,沿着六方(002)、(004)方向和立方(111)、(222)方向有着明显的择优取向;随着功率的增加,薄膜的厚度增加,晶粒的尺寸增大,光学吸收边红移.通过优化实验参数,在室温、0.6Pa、30W、纯氩气气氛条件下可以制备出结晶性能良好的CdS薄膜,禁带宽度为2.36eV.     

Cu2ZnSnS4/Zn(O,S)异质结薄膜太阳电池的数值仿真研究

Zn(O,S)具有带隙宽、原料丰富且环保的优点,是一种很有潜力的CdS替代缓冲层。本文采用Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS)软件,对CZTS/Zn(O,S)/Al:ZnO 结构的薄膜太阳电池进行数值仿真,主要模拟研究Zn(O,S)的禁带宽度和电子亲和势、缓冲层的厚度及掺杂浓度、环境温度对电池性能的影响。结果表明：当Zn(O,S)的厚度和载流子浓度分别为50 nm和10₁₇ cm_-3时,电池的转换效率可达14.90％,温度系数为-0.021%/K。仿真结果为Zn(O,S)缓冲层用于CZTS太阳能电池提供了一定的指导。     

Mg掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

采用磁控溅射方法在硅和石英衬底上制备了纯ZnO和Mg0.04Zn0.96O薄膜.用XRD和AFM表征薄膜的晶化行为和显微结构,用透射谱和光致发光谱分析薄膜的光学性质.分析结果显示:两种薄膜均为六角纤锌矿结构,且沿c轴取向,薄膜表面光滑致密,晶粒分布均匀;薄膜在可见光范围内具有较高的透过率,Mg掺杂后透射谱吸收边向高能侧移动,相应的薄膜的带隙宽度从3.28 eV升至3.36 eV;用包络法计算出薄膜的光学常数表明,Mg掺杂没有明显改变薄膜的折射率,但使消光系数明显增大;薄膜的光致发光谱分析也发现,掺入Mg使带边发射峰蓝移.     

OLED用三氧化钨缓冲层的研究

采用反应直流磁控溅射法在衬底温度为300℃玻璃基板上制备了掺钨氧化铟(IWO)作为OLED器件的阳极,然后室温条件下在IWO上制备了三氧化钨缓冲层.XRD分析表明三氧化钨为非晶结构.对比测试了有无WO3缓冲层的两种OLED器件,发现带有WO3缓冲层的OLED器件的亮度和功率均是无三氧化钨缓冲层的器件的两倍,而且发光效率最高可以达到对比器件的4倍.从器件能带排列的角度初步讨论分析了提高器件性能的原因.     

水热法制备TiO2-ZnO纳米棒分级结构及其光电性能研究

为了增加光电极光生电子传输通道并提高其光敏剂的负载能力,采用两步水热法制备了一种新颖的TiO_2-ZnO纳米棒分级结构。采用水热法在FTO导电玻璃基底上生长TiO_2纳米棒有序阵列膜,通过浸泡提拉在TiO_2纳米棒上包覆一层ZnO溶胶,经烧结形成ZnO种子层;再次采用水热法于TiO_2纳米棒上生长ZnO纳米棒,形成TiO_2-ZnO纳米棒分级结构,通过旋涂辅助连续离子反应分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2-ZnO纳米棒分级结构中沉积光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜。利用SEM,TEM,XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等表征和测试手段,对样品的形貌、结构、光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,与单纯的TiO_2纳米棒阵列相比,TiO_2-ZnO分级结构可以沉积更多的CdS光敏剂,CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜的光吸收性能和瞬态光电流均明显优于CdS/TiO_2纳米复合薄膜。凭借优异的光电性能,TiO_2-ZnO分级结构在太阳电池光阳极材料中具有很好的应用前景。