Sb2S3薄膜太阳能电池的制备及性能调研报告.docx

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1、Sb2S3薄膜太阳能电池的制备及性能调研报告一、文献综述L背景：能源是人类社会发展的动力，但由于目前全球出现了很多能源问题，如：能源短缺、能源污染等。因此，需开发洁净环保、廉价且具有良好性能的新能源材料。然而Sb2s3是一种直接带隙半导体，具有独特的光学特性，如：良好的光敏感性，较高的热电性，同时该材料是无毒、制作成本廉价且储量丰富，因此该材料在微波器件、太阳能电池及光电探测器等光电器件上有着重要的应用，也同时是人们研究的一个热点。2.制备方法与结构性质：结构性质：室温下，Sb2s3能带间隙为L7-L.8ev,覆盖了大部分太阳光的光谱波长范围，且具有较高的光敏感性，对于波长小于900nm的光具

2、有比较强的吸收系数，在波长为450nm处，其吸收系数1.8X105cm-lo自然界中Sb2s3存在于辉锐矿中，属正交晶系，图1为其晶体结构图。Sb1001-图1Sb2s3的晶体结构示意图Sb2s3具有层状结构，层内是由平行于C轴的无数的链单元（Sb4s6）n组成，其中含有两种形式的Sb原子（Sbl、Sb2）,以及三种状态的S原子（SKS2、S3）,S1的化合价为-2,S2、S3的-3。在层内，二价的S1原子和一种三价的S2原子通过强的共价键与Sbl原子相连，这种强共价键使得Sb2s3晶体易沿着链的方向生长。而在层间，另一种三价的S3原子通过较弱的范德华力与另一平行链上的Sb2原子相连，这种弱的

3、范德华力易使晶体在链接沿着层的方向裂开，即沿着001面裂开。制备方法：真空热蒸法、喷雾热解法、电化学沉积法和仿生自组装单层膜法、SILAR等。其中化学法沉积Sb2s3薄膜主要有两种制备体系：一种是TA体系，使用硫代乙酰胺（TA）和酒石酸睇钾作为原料，在较高温度下沉积（80）,得到厚度约为300nm的薄膜，这种薄膜很早就被用来制备肖特基电池中。1994年，SavadogoO和K.C.Mandatr251用其制备了n-Sb2S3/p-Ge肖特基电池,转换效率为3机同年制备的Pt/n-Sb2s3电池，AMI条件下，测得所的的效率提高到5.5%O有报道称这种薄膜应用在全化学沉积太阳能电池结构中，在lK

4、W/m2的光照强度下，开路电压Voe为640mV和短路电流密度Jsc为lmA/cm2o另一种是TS体系，使用氯化睇和硫代硫酸纳(TS)水溶液，在较低温度下(10)沉积4h可获得200nm厚的薄膜。其中三氯化锦提供金属Sb3+离子，但三氯化锦与水很容易发生水解，直接形成白色氢氧化物沉淀，SbJ+H2=SbOClJ+2HCI采用硫代硫酸纳作为双重作用试剂：提供硫离子和金属Sb离子的络合剂。硫代硫酸根具有与so厂相似的四面体构型，如下图：图2硫代硫酸根四面体结构该薄膜的沉积原理可能存在如下两种的化学反应方程式:第一种:sW+2=HSO；+S，+OFTS+2e-=S2-SblSSb品J第二种：Sb?（

5、S2OJ3+3H2O=Sb2S3J+3S0/+6H+2sbeh+3Na5O.+3H,O=Sb$.J+2Na.SO4+6HCI3.表征方法：1）x射线衍射能谱：薄膜结构表征2）表面和断面形貌测试：微观形貌表征3）光学性能测试：采用UV-2500紫外一可见光红外分光光度计测量Sb2s3薄膜在300-800nni波长范围内的透光率，以空白FTO导电玻璃为参照，研究薄膜的光吸收性能，并且通过计算获得多晶薄膜的禁带宽度。4）电学性能测试：通过测量有无光照下的电压和电流的伏安特性曲线，其中以电流为纵坐标，电压为横坐标，可以得出开路电压、短路电流以及转化效率。二、实验器材1 .实验仪器水浴锅、台阶仪、紫外可

6、见分光光度计、管式炉、样品瓶。2 .材料清单五水合硫代硫酸钠、丙酮、三氯化睇。三、实验设计1 .TS体系沉积Sb2S3薄膜（低温水浴）低温恒稳反应浴调温：设置实验所需的反应温度10,使浴内温度达到实验要求。配制沉积液I：以去离子水配制的Na2s203水溶液，以丙酮为溶剂配制的SbCb溶液，放入低温恒温浴中降温至所需温度，取适量SbC13丙酮溶液加入Na2s203,迅速搅拌至澄清,加入去离子水使溶液达到50nll，搅拌均匀，迅速放入洁净的FTO衬底。采用阶梯降温工艺，以每隔15min降温2的速率，从初始温度10逐步降温到生长5。为获得较厚的Sb2s3薄膜，可循环此过程，将刚沉积出的新鲜薄膜移至新

7、配置的沉积液中，进行二次生长。2 .TA体系沉积Sb2s3薄膜（高温水浴）恒温水浴槽调温：设置实验所需的反应温度，使浴内温度达到实验要求。配制沉积液n：以丙酮为溶剂，配制1M的SbC13溶液，加入1M的酒石酸作为络合剂，密封磁力搅拌至澄清，用氨水或NaOH调节pH,将溶液放入到恒温水浴槽中加热至所需温度，取出加入适量1M硫代乙酰胺，搅拌均匀，迅速放入洁净衬底，密封后放回恒温水浴槽。采用梯度降温工艺，从95逐渐降到80,目的在于获得结合为较强，厚度较厚的薄膜。SbCh二次生长络合低温水浴沉积高温水浴沉枳图3.Sb2S3薄膜制备流程图四、性能测试1 .X射线衍射仪测XRD谱2 .表面和断面形貌测试

8、3 .光学性能测试：采用UV-2500紫外一可见光红外分光光度计测量Sb2S3薄膜在300-800nm波长范围内的透光率，以空白FTO导电玻璃为参照，研究薄膜的光吸收性能，并且通过计算获得多晶薄膜的禁带宽度。4 .电学性能测试：通过测量有无光照下的电压和电流的伏安特性曲线，其中以电流为纵坐标，电压为横坐标，可以得出开路电压、短路电流以及转化效率。五、参考文献1赵文武.化学浴沉积制备Sb_2s_3薄膜J.硅酸盐通报，2015,(Sl):348-351.2张楠楠.化学浴沉积法制备Cd掺杂Sb_2s_3薄膜及其光电应用D.济南大学,2015.3刘剑.Piranha化学法与化学浴沉积制备Sb_2s_3薄膜J.人工晶体学报,2014,(12):3318-3322.4刘剑，郝斌,董秀珍李悦.Sb_2s_3薄膜制备技术研究进展J.硅酸盐通报，2013,(10):2075-2078.5刘运,苗鸿雁,谈国强,朱刚强.Sb_2s_3纳米线的制备和表征J.稀有金属材料与工程,2008,(03):468-471.