SnS薄膜的掺杂改性及其在太阳电池上的应用
批准号:
61076063
项目类别:
面上项目
资助金额:
32.0 万元
负责人:
程树英
依托单位:
学科分类:
F0403.半导体光电子器件与集成
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨尊先、赖云锋、贾宏杰、孙宝珍、柳伟、张帅
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中文摘要
硫化亚锡(SnS)具有禁带宽度合适、光电转换效率高、吸收系数大、价廉、毒性小等特点,适合于作为太阳能电池的吸收层。但是,非掺杂的SnS薄膜的半导体特性不够理想,如载流子浓度偏低,电阻率偏大,等等。为了改善其半导体特性,本项目拟用脉冲电沉积法在FTO透明导电玻璃基片上制备掺杂(如分别掺杂Ag、Cu、In等)的SnS薄膜。深入研究薄膜的制备条件、掺杂元素和浓度对其光电性能的影响,探索制备理想的p型SnS薄膜的最佳工艺以及掺杂元素和条件。用第一性原理研究SnS薄膜中的缺陷、掺杂元素和剂量对SnS薄膜的能带结构和光电性能的影响,为SnS薄膜的掺杂设计和制备提供理论依据。制备出吸收系数大、能带间隙合适、载流子浓度大、电阻率低的掺杂的p型SnS薄膜,为研制新型的SnS薄膜太阳能电池奠定基础。研究结果在新型光电功能材料、新材料设计、新型半导体材料、光电子器件等相关领域也具有重要的科学意义。
英文摘要
为了改善SnS薄膜的光电特性,本项目采用真空蒸发法制备了掺杂的SnS薄膜,掺杂源分别为铝、铜、银和铟。通过改变不同掺杂源的掺杂浓度(0 at.%~15at.%),研究掺杂源和掺杂浓度对SnS薄膜的物相、结构、形貌和光电性能的影响,制备出了光电性能良好的掺杂的SnS薄膜。研制了SnS薄膜太阳电池的窗口层材料,如ITO薄膜、CdS薄膜、ZnS薄膜、In2S3薄膜等,并初步研制出了效率为0.0025%、结构为Glass/ITO/CdS/SnS/Ag的薄膜太阳电池。发表论文10篇,申请专利3件,培养研究生4人,出席国内和国际重要学术会议10人次。具体结果如下:.1)所制备的掺杂SnS薄膜表面致密,厚度均匀,附着力较好;不同掺杂源条件下制备的掺杂SnS薄膜主要成分仍为正交结构的SnS,且沿(111)晶面择优生长,结晶性较好。铝和银掺杂未产生新的物相,均以间隙式掺杂为主,一定的掺杂还有助于改善薄膜的结晶度。铜掺杂是以替位式为主,当掺杂浓度为15 at.%时,会引入新的物相Sn2S3。铟掺杂容易产生严重的晶格畸变,同时生成新的物相SnS2和In5S4。.2)掺杂对SnS薄膜的禁带宽度有明显的影响。铝和银掺杂由于间隙式掺杂引入了局域能级,SnS薄膜的禁带宽度(Eg)随着掺杂浓度的增加而减小(SnS:Al的Eg =1.5 eV~1.29 eV 和SnS:Ag的Eg=1.5 eV~1.32 eV);而铜和铟掺杂由于引入了新的物相,导致薄膜的禁带宽度先减小后增加。所有掺杂的样品,其吸收系数都大于1.5×104 cm-1,满足太阳能电池吸收层的要求。.3)掺杂可改善SnS薄膜的半导体特性。掺杂的SnS薄膜均为p型导电类型,掺杂有助于提高载流子的浓度,降低电阻率; 其中,铝掺杂的效果最好,当其浓度为15 at.%时,SnS:Al薄膜的电阻率和迁移率分别为4.55 Ω•cm和5.10 cm2•v-1•s-1。.4)利用最优掺杂的SnS:Al薄膜,制备出了结构为GLS/ITO/CdS/SnS/Ag的薄膜太阳电池,在AM1.5光照(100 mW/cm2)下测得:开路电压为87 mV,短路电流密度为0.095 mA/cm2;最大功率为0.002 mW,填充因子为0.3,光电转换效率为0.0025%。.上述结果为进一步提高SnS薄膜太阳电池效率奠定了较好的基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Thermally evaporated SnS:Cu thin films for solar cells
用于太阳能电池的热蒸发 SnS:Cu 薄膜
DOI:10.1109/nems.2011.6017496
发表时间:2011-09
期刊:Micro & Nano Letters
影响因子:--
作者:Zhang, Shuai;Cheng, Shuying
通讯作者:Cheng, Shuying
DOI:10.1088/1674-4926/32/1/013002
发表时间:2011
期刊:半导体学报
影响因子:--
作者:Liu, Wei;Cheng, Shuying
通讯作者:Cheng, Shuying
Physical properties of very thin SnS films deposited by thermal evaporation
热蒸发沉积的极薄 SnS 薄膜的物理特性
DOI:10.1016/j.tsf.2011.01.355
发表时间:2011-11-01
期刊:THIN SOLID FILMS
影响因子:2.1
作者:Cheng, Shuying;Conibeer, Gavin
通讯作者:Conibeer, Gavin
Properties of indium tin oxide films deposited by RF magnetron sputtering at various substrate temperatures
不同衬底温度下射频磁控溅射沉积的氧化铟锡薄膜的性能
DOI:10.1049/mnl.2012.0454
发表时间:2012-09
期刊:Micro & Nano Letters
影响因子:--
作者:Long Bo;Cheng Shuying
通讯作者:Cheng Shuying
Al-doped ZnS thin films for buffer layers of solar cells prepared by chemical bath deposition
化学浴沉积制备太阳能电池缓冲层用Al掺杂ZnS薄膜
DOI:10.1049/mnl.2013.0039
发表时间:2013-06
期刊:MICRO & NANO LETTERS
影响因子:--
作者:Liao, Jie;Cheng, Shuying;Zhou, Haifang;Long, Bo
通讯作者:Long, Bo
前背两界面阳离子掺杂调控柔性CZTSSe太阳电池性能的作用机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:--
- 批准年份:2024
- 负责人:程树英
- 依托单位:
基于柔性Mo衬底的无Cd环保型Cu2ZnSnS4薄膜太阳电池研究
- 批准号:61574038
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:程树英
- 依托单位:
Cu2ZnSnS4/In2S3异质结的光伏特性及载流子输运机理研究
- 批准号:61340051
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:程树英
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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