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硒化锑(Sb2Se3)是一种很有潜力的光伏材料,具有许多吸引人的光电特性,如适当的带隙,高的吸收系数,良性晶界,低毒性,地球储量丰富,理论转换效率高,可达31%,已成为光伏领域较为火热的研究课题。本课题研究的主要内容具体如下:(1)为了研究Sb2Se3薄膜的生长机理和载流子的传输行为,本课题采用近空间升华法(CSS)制备Sb2Se3薄膜。结果表明,Sb2Se3薄膜的微观结构主要取决于(Sb4Se6)n带横向和纵向竞争的结果。通过改变衬底材料,可以显著地调节这两种生长模式的比例。当将Sb2Se3薄膜沉积到氧化铟锡(ITO)上时,(Sb4Se6)n带主要表现出横向生长模式,会导致载流子纵向传输不良。而沉积在氟掺杂氧化锡(FTO)衬底上的Sb2Se3薄膜表现出(211),(221)和(301)的择优取向,说明(Sb4Se6)n带纵向生长的比例增加。此外,我们发现(Sb4Se6)n带垂直于硼掺杂氧化锌(BZO)衬底生长(纯纵向生长),这是因为衬底中存在硼元素导致。这种Sb2Se3薄膜具有优良的纵向载流子传输性能,具有制备高性能太阳能电池的潜力。(2)在以上实验结果基础上,通过调节生长条件,在ZnO电子传输层(ETL)上制备了具有相同生长规律的Sb2Se3吸光层,并获得了 3.20%的光电转换效率(PCE)。然而,通过SEM可发现ZnO ETL具有疏松的结构,这对电池的性能是不利的,可能是电池的漏电现象发生的原因之一,通过暗态偏压测试也得到了证实。因此,本课题为解决电池漏电现象的发生,在ZnO ETL上插入一层超薄CdS缓冲层,以填充ZnO薄膜的缝隙及裂纹。缓冲层的插入减弱了 p-n结的非欧姆接触,并且促进了合理的能带对准,使载流子的收集更有利。因此,获得了PCE=3.57%的转换效率,使电池效率提升了约11.56%。(3)采用简单的CSS方法,通过固定衬底温度,然后将一定比例的Sb2Se3和CuSe混合粉末共同蒸发在CdS ETL上,成功制备了不同Cu掺杂量的Sb2Se3光吸收层。研究了不同的Cu掺杂浓度对Sb2Se3薄膜微观结构及电池性能的影响。通过测试发现,Cu的掺入量对(002)的纵向择优有促进作用,也能够降低薄膜的表面粗糙度,这是由于Cu的掺入可能使Sb2Se3薄膜能带发生变化。这一结果增加了载流子浓度,同时薄膜表面粗糙度的变化也降低了薄膜的背接触势垒,增强了载流子的收集,从而获得了最高PCE=4.11%的转换效率。但过量的Cu掺杂会引起薄膜缺陷的增加,因此使电池性能下降。研究证明光吸收层的掺杂对提高Sb2Se3太阳能电池具有潜在的应用价值。