垂直纳米线结构太阳能电池吸收层的设计与制备研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinleish
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为了增加化合物铜锌锡硫(CZTS)太阳能电池的光电转化效率,将纳米结构应用到P型吸收层半导体材料中,并通过时域有限差分法(FDTD)的仿真和分析,讨论了纳米线结构太阳能电池相对于薄膜太阳能电池转换效率上的优势。本论文采用两步电化学沉积和高温硫化热处理法,得到单相结晶的CZTS吸收层薄膜的实验条件,并分别利用等离子刻蚀纳米柱和通孔阳极氧化铝(AAO)为模板,在基底Mo/SiO2上制备垂直于基底的纳米线吸收层结构。研究结果表明,首先采用两步电沉积法分别沉积铜锌和铜锡两层薄膜,当沉积电位和时间分别为-1.2V,85.71s和-0.7V,1.43s时,预制层的组成比为2:1:1,在硫氛围下550℃硫化热处理50min后得到单相的CZTS吸收层,硫化热处理后的CZTS元素组成比接近2:1:1:4。接下来分别采用纳米柱和纳米孔模板法制备CZTS纳米线结构。纳米柱模板法采用聚苯乙烯微球作为掩模配合感应耦合等离子体刻蚀法,制备出垂直的Mo/SiO2纳米线结构的基底,并在此基底上电化学沉积直径为650nm的CZTS吸收层。另一种方法利用二次阳极氧化法制备出直径为75nm的纳米孔作为模板,在孔内电化学沉积CZT预制层,再进行硫化热处理得到单结晶的直径为100nm的CZTS纳米线结构的吸收层。对比两种方法,其中以纳米柱为模板的CZTS纳米线结构相对于基底的垂直性更好,但硫化过程中纳米线之间距离变小,甚至完全消失。以纳米孔为模板的CZTS纳米线在制备过程中,先去掉AAO模板,再硫化热退火处理可以避免纳米线的断裂现象,得到的纳米线由于失去了AAO模板的支撑出现少数倒塌现象。通过两种方法得到的纳米线结构具有减少表面反射,增加光吸收的作用。
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