基于能带调控Cu2ZnSn(SxSe1-x)4薄膜电池中新型无毒缓冲层的制备及界面物理问题的研究
批准号:
61604029
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
张炳烨
依托单位:
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘爱民、李平、赵增超、王宇轩、谢洪丽、王禹钧
中文摘要
Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe)薄膜太阳能电池由于其制备工艺简单、成本低、环境友好等优点而倍受重视。然而,低器件效率限制了其发展和应用,主要原因是吸收层与缓冲层间的界面不匹配导致的开路电压低。针对以上问题,本项目提出利用磁控溅射和电化学沉积技术,通过对薄膜组分和能带结构进行调控,获得(112)择优取向的低阻CZTSSe薄膜,阐明化学计量比对薄膜的晶粒尺寸、电阻率和带隙宽度的影响规律;在获得的CZTSSe薄膜上沉积高质量ZnSe薄膜作为缓冲层,研究能带排列和界面缺陷态密度对CZTSSe的成分比例和缓冲层厚度的依赖关系,给出最优的CZTSSe薄膜的化学计量比和缓冲层制备条件;制备以ZnSe为缓冲层的CZTSSe太阳能电池,分析缓冲层性能及界面处的晶格失配和带偏移影响光生载流子的分离、复合和输运的物理机制,探索提高开路电压的工艺方法和技术途径。
英文摘要
Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe) has attracted much attention for its advantages of simple fabrication technique, low cost and environment-friendly. It is well known that the difficulty in the application of CZTSSe thin film solar cells is low energy conversion efficiency, which is mainly due to the low open circuit voltage reduced by interface mismatch between the buffer layer and CZTSSe. To solve the above problem, it is suggested that to obtain high quality CZTSSe thin films with (112) preferred orientation and low resistivity by using magnetron sputtering or electrochemical deposition via adjusting the stoichiometry and band structure of CZTSSe thin films. Clarify the effect of stoichiometry of CZTSSe thin film on grain size, resistivity and band gap of CZTSSe. By using high quality ZnSe thin film as buffer layer, studying the dependence of band alignment and the interface density of native defect on the composition of CZTSSe and thickness of buffer layer to obtain the optimal stoichiometry of CZTSSe thin film and suitable method and technique of buffer layer deposition. To prepare CZTSSe based solar cell by inducing ZnSe as buffer layer, investigating the physical mechanism of the buffer layers’ properties as well as lattice mismatch and band offset between the buffer layers and CZTSSe on the segregation, recombination and transportation of photo-generated carrier. Exploring the method and technique of improvement of open circuit voltage.
Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe)薄膜太阳能电池由于其制备工艺简单、成本低、环境友好等优点而倍受重视。然而,低器件效率限制了其发展和应用,主要原因是吸收层晶体质量不高,以及吸收层与缓冲层间的不匹配导致界面存在大量缺陷,造成显著的载流子复合,导致器件的性能降低。针对以上问题,本项目提出利用磁控溅射和电化学沉积技术,通过对薄膜组分和能带结构进行调控,获得高质量的CZTSSe薄膜,并在此基础上利用原子层沉积技术制备超薄Al2O3介质膜,降低界面缺陷态密度,从而提升器件的电学性能。具体内容包括:.(1)通过物理和化学方法相结合的方法,获得了(112)择优取向的低阻CZTSSe薄膜,揭示了化学计量比对薄膜的晶粒尺寸、电阻率和带隙宽度的影响规律。.(2)针对目前的CZTSSe光伏器件的主要结构中存在的吸收层和缓冲层之间能带和晶格的不匹配,以及工艺复杂导致的高成本以及环境不友好等问题。采用了传统的n型单晶硅材料作为衬底,通过改变硒化条件(时间、温度)控制S/Se比例,获得了单一相的CZTSSe薄膜。并在此基础上制备出了器件结构为Ag/Si/CZTSSe/Mo的光伏器件,获得了能量转换效率为1.24%的光伏器件。以上研究内容,有效地精简了传统的器件结构,降低了器件制备成本。虽然,器件性能并不理想,然而以上研究内容为简化器件结构提供了新的思路及物理和实验基础。.(3)为改善吸收层和缓冲层间的能带和晶格失配导致的高界面态密度引起的载流子复合,采用原子层沉积技术在CZTSSe/CdS间制备不同厚度的氧化铝薄膜,制备了器件结构为SLG/Mo/CZTSSe/Al2O3/CdS/i-ZnO/ITO/Al的光伏器件,获得了器件效率为5.66%的太阳能电池。通过分析器件的结构和光电性质,给出了钝化膜厚度对器件性能的影响规律,并阐明了Al2O3对CZTSSe吸收层钝化的物理机制。
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Color-tunable phosphor of Sr(3)YNa(PO(4))(3)F:Tb(3+) via interionic cross-relaxation energy transfer.
通过离子间交叉弛豫能量转移的 Sr3YNa(PO4)(3)F:Tb(3 ) 颜色可调荧光粉
DOI:
10.1039/c8ra05515g
发表时间:
2018-07-16
期刊:
RSC ADVANCES
影响因子:
3.9
作者:
[Zhang, Bingye, Ying, Shitian, Han, Lu, Zhang, Jinsu, Chen, Baojiu]
通讯作者:
Chen, Baojiu
Controlling of Polarity on the Surface Passivation Mechanism of Al2O3 for Black Silicon by CLD
CLD控制黑硅Al2O3表面钝化机理的极性
DOI:
10.4028/www.scientific.net/jnanor.49.18
发表时间:
2017-09
期刊:
Journal of Nano Research
影响因子:
1.7
作者:
[Zhang Bingye, Wang Yujun, Han Lu, Li Yongxiang, Liu Aimin]
通讯作者:
Liu Aimin
Theoretical analysis on quenching mechanisms for Lu2O3: Eu3+ nanospheres
Lu2O3:Eu3纳米球猝灭机理的理论分析
DOI:
10.1007/s10854-017-7744-2
发表时间:
2017-08
期刊:
Journal of Materials Science: Materials in Electronics
影响因子:
--
作者:
[Zhang Bingye, Han Lu, Qi Ye, Zhang Jinsu, Chen Baojiu]
通讯作者:
Chen Baojiu
Stability and heating rate dependent metal-insulator transition properties of VO2 film grown by MBE
MBE 生长的 VO2 薄膜的稳定性和加热速率依赖的金属-绝缘体转变特性
DOI:
10.1007/s10854-017-7603-1
发表时间:
2017
期刊:
Journal of Materials Science: Materials in Electronics
影响因子:
--
作者:
[Sun Hongjun, Zhang Bingye, Bian Jiming, Wang Minhuan, Zhang Dong, Miao Lihua, Luo Yingmin]
通讯作者:
Luo Yingmin
Blue-Green-Yellow Color-Tunable Luminescence of Ce3 -, Tb3 -, and Mn2 -Codoped Sr3YNa(PO4)(3)F via Efficient Energy Transfer
Ce3 -、Tb3 - 和 Mn2 共掺杂 Sr3YNa(PO4)(3)F 通过高效能量转移实现蓝绿黄颜色可调发光
DOI:
10.1021/acs.inorgchem.9b00030
发表时间:
2019
期刊:
Inorganic Chemistry
影响因子:
4.6
作者:
[Zhang Bingye, Ying Shitian, Wang Shiping, Han Lu, Zhang Jinsu, Chen Baojiu]
通讯作者:
Chen Baojiu
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