作者单位
摘要
1 渤海大学物理科学与技术学院, 锦州 121013
2 渤海大学化学与材料工程学院, 锦州 121013
用SCAPS构建了铜锑硫薄膜太阳电池模型, 计算了器件的性能。分别研究了吸收层厚度、载流子浓度、缺陷密度和背电极功函数对器件性能的影响。结果表明, 过薄的吸收层对绿光和红光吸收不充分, 1.5~3 μm厚的吸收层能满足光谱吸收要求。当受主浓度为2×1018 cm-3时, 器件光电转换效率最高。缺陷密度大于10-14 cm-3时, 器件的光电转换效率急剧降低。贫铜富硫气氛制备铜锑硫可以提高受主浓度, 减小开路电压亏损, 也可以抑制硫空位缺陷形成, 从而提高器件的光电转换效率。功函数较高的材料能降低背电极势垒, 减少载流子在背电极复合。材料参数优化后, 器件的光电转换效率最高为21.74%。
铜锑硫 薄膜太阳电池 开路电压亏损 缺陷密度 背电极 CuSbS2 thin film solar cell SCAPS SCAPS open circuit voltage deficit defect density back contact 
人工晶体学报
2023, 52(10): 1773
作者单位
摘要
1 常州大学材料科学与工程学院, 常州 213000
2 常州大学微电子与控制工程学院, 常州 213000
3 扬州大学, 扬州 225000
本文使用气相输运沉积的方式制备了硒化锑(Sb2Se3)薄膜太阳电池, 并采用氯化铯(CsCl2)溶液对器件上界面进行处理, 同时对薄膜和器件进行了一系列表征。研究发现, CsCl2溶液的背接触处理不仅可以提高器件的载流子收集以及降低上界面复合, 还可以优化薄膜的结晶性、表面粗糙度和光电性能。基于FTO/CdS/Sb2Se3/CsCl2/Au的器件结构, 得到了转换效率为6.32%的高效Sb2Se3薄膜太阳电池, 比基础器件效率提升了12%。本文的工作对Sb2Se3薄膜太阳电池未来的研究有一定的指导作用, 其他同类型半导体光伏器件也可借鉴。
硒化锑 氯化铯 背接触处理 薄膜太阳电池 气相输运沉积技术 薄膜光电性能 Sb2Se3 CsCl2 back contact treatment thin film solar cell vapor transport deposition thin film photoelectric performance 
人工晶体学报
2023, 52(4): 636
作者单位
摘要
云南师范大学, 云南省农村能源工程重点实验室, 昆明 650500
本文采用溶液法制备铜锌锡硒(Cu2ZnSnSe4, CZTSe)薄膜。通过在溶液中加入少量的锗(Ge), 探究Ge的引入对CZTSe薄膜及其器件性能的影响。为了对比分析, 分别制备了不含Ge的CZTSe和含少量Ge的铜锌锡锗硒[Cu2Zn(Sn, Ge)Se4, CZTGSe]两组薄膜及其薄膜太阳电池。分别利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔(Hall)测试、电流-电压(J-V)曲线和外量子效率(EQE)测试等手段对吸收层薄膜的晶体结构、相的纯度、表面形貌、载流子浓度, 以及完整器件的电学性能进行表征和分析。结果表明, 在CZTSe薄膜中引入少量Ge可以与Se形成液体流动剂, 提升吸收层薄膜结晶度, 改善晶体质量, 减少晶界数量, 降低光生载流子在晶界处的复合, 提高载流子寿命。此外, Ge对Sn的部分取代可以降低与Sn有关的缺陷态密度, 增加带隙, 提高开路电压, 同时改善串联电阻和并联电阻, 提高填充因子。最终获得了开路电压为513.2 mV、短路电流为27.47 mA/cm2、填充因子为62.68%、光电转换效率为8.83%的CZTGSe薄膜太阳电池。
铜锌锡硒薄膜 薄膜太阳电池 溶液法 硒化处理 光电转换效率 Cu2ZnSnSe4 thin film thin film solar cell Ge Ge solution method selenization photoelectric conversion efficiency 
人工晶体学报
2023, 52(3): 460
作者单位
摘要
1 四川大学 材料科学与工程学院, 成都 610064
2 英飞睿(成都)微系统技术有限公司, 成都 610299
3 江苏鹏举半导体设备技术有限公司, 南通 226010
为了反映器件几何尺度上各个区域的性能分布, 采用波长为852 nm且可调聚焦面积的激光束作用在CdTe薄膜太阳电池的P-N结微区表面, 产生定域诱导光致电流响应, 并通过设置样品台的步进方式, 得到了所测器件在几何面积范围内的微区光谱响应分布图, 获得更直观的器件电流分布均匀性和P-N结特性。结果表明, 这种测试方式能够简化且低成本地建立与CdS/CdTe异质结制作技术密切相关的沉积与后处理工艺参数和材料特性的联系, 进而获得异质结界面分布均匀性与太阳电池电流-电压(I-V)特性参数均匀性的对应关系。该研究可为提高太阳电池的性能提供实验测试依据。
激光技术 微区光谱响应 激光诱导 CdTe薄膜太阳电池 laser technique local spectral response laser-induced CdTe thin-film solar cell 
激光技术
2023, 47(1): 87
余纳 1李秋莲 1胡兴欢 1刘信 1[ ... ]王书荣 1,2,*
作者单位
摘要
1 云南师范大学云南省农村能源工程重点实验室, 昆明 650500
2 云南师范大学云南省光电信息技术重点实验室, 昆明 650500
晶体质量是决定铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(S,Se)4, CZTSSe)吸收层薄膜吸收效率的关键, 旋涂是溶液法制备CZTSSe吸收层的第一步, 因此旋涂方式的选择至关重要。为了探究不同旋涂方式对CZTSSe吸收层薄膜质量和相应器件性能的影响, 分别采用三组不同的旋涂方式制备铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4, CZTS)前驱体薄膜及CZTSSe吸收层薄膜, 并利用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析了不同旋涂方式对所制备的CZTSSe吸收层薄膜晶体结构、元素成分、相纯度、表面形貌的影响。同时, 采用电流密度-电压(J-V)测试和外量子效率(EQE)测试对CZTSSe吸收层薄膜太阳电池的光电特性进行了表征。结果表明: 旋涂7周期, 且第一周期烘烤之前旋涂2次的效果最好, 所制备的CZTS前驱体薄膜均匀, 无裂纹, CZTSSe吸收层薄膜结晶度更高, 薄膜表面更平整致密, 晶粒大小更均匀, 实现了9.63%的光电转换效率。通过对采用不同旋涂方式制备的器件的性能参数进行统计分析, 得出新的旋涂方式可以提高CZTSSe薄膜太阳电池的可重复性, 为将来可能的大规模商业化应用做铺垫。
薄膜太阳电池 旋涂方式 光电转换效率 溶液法 硒化处理 Cu2ZnSn(S,Se)4 Cu2ZnSn(S,Se)4 thin film solar cell spin coating mode photoelectric conversion efficiency solution method selenization 
硅酸盐通报
2023, 42(1): 302
作者单位
摘要
东华理工大学核技术应用教育部工程研究中心,江西 南昌 330013
硫化锑(Sb2S3)薄膜具有n型和p型两种导电类型。利用wxAMPS对具有不同电子传输层和空穴传输层的Sb2S3同质结太阳电池进行了设计和缺陷分析。提出了由glass/FTO/ZnS/(n)Sb2S3/(p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD/Au构成的器件结构。在Sb2S3同质结太阳电池中形成的内建电场增加了能带的弯曲程度,从而导致了开路电压的增加。(p)Sb2S3中缺陷对器件性能的影响比(n)Sb2S3中的缺陷对器件性能的影响更大,而在ZnS/(n)Sb2S3界面和(p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD界面处的缺陷对器件性能有同样重要的影响。当(n)Sb2S3和(p)Sb2S3中的缺陷密度都为1015 cm-3,且ZnS/(n)Sb2S3界面处和(p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD界面处的缺陷密度都为109 cm-2时,太阳电池的效率能够达到23.96%。模拟结果表明,基于Sb2S3同质结的器件设计是实现高效太阳电池的有效结构。
薄膜 硫化锑 同质结 薄膜太阳电池 wxAMPS 缺陷 
光学学报
2022, 42(23): 2331002
马立云 1,2,*傅干华 1官敏 1,2于涛 1[ ... ]储静远 1,2
作者单位
摘要
1 中国建材国际工程集团有限公司,上海 200063
2 玻璃新材料创新中心(安徽)有限公司,安徽 蚌埠 233000
3 中建材玻璃新材料研究院集团有限公司,安徽 蚌埠 233000
碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池凭借制备成本低、温度系数低和弱光性能优异等优势已成为目前最具潜力的薄膜太阳电池之一,且已进入产业化快速发展阶段。尤其在光伏建筑一体化领域,显示出良好的发展趋势。就近年来CdTe薄膜太阳电池基础研究和产业化技术所取得重大突破进展及产业化现状进行了概述,系统介绍了CdTe薄膜太阳电池的基本结构和工作原理,总结了近几年来国内外科研机构对各功能层的研究内容及最新进展,最后展望了CdTe电池的发展趋势和应用前景。
碲化镉 薄膜太阳电池 光电转换效率 cadmium telluride thin-film solar cells energy conversion efficiency 
硅酸盐学报
2022, 50(8): 2305
作者单位
摘要
云南师范大学,云南省农村能源工程重点实验室,昆明 650500
为解决硫化过程中Sn元素损失的问题以及减少MoS2的厚度,采用磁控溅射技术,在基于钼的钠钙玻璃衬底上采用双周期溅射的方法,以ZnO/SnO2/Cu的顺序制备了含氧的Cu-Zn-Sn预制层。结果表明:SnO2以及ZnO的使用很好的抑制了Sn元素的损失以及MoS2层的形成,而且在590 ℃的硫化温度下能制备出表面平整、晶粒致密、晶体结构较好的单相Cu2ZnSnS4 (CZTS)吸收层薄膜。最后,制备出结构完整的CZTS薄膜太阳电池,在590 ℃硫化制备的CZTS薄膜太阳电池效率最高,其开路电压为590 mV,短路电流密度为22.09 mA/cm2,填充因子为39.28%,光电转换效率达到5.12%,为今后制备高效CZTS薄膜太阳电池起到了推动作用。
铜锌锡硫 薄膜太阳电池 磁控溅射 二氧化锡靶 硫化工艺 copper-zinc-tin-sulfur thin-film solar cells magnetron sputtering SnO2 target sulfurization process 
硅酸盐学报
2022, 50(5): 1257
李海龙 1,2杨盛谊 1,2,*张珍衡 1,2胡津铭 1,2[ ... ]唐利斌 4
作者单位
摘要
1 北京理工大学物理学院,北京 100081
2 纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室,北京 100081
3 北京理工大学光电学院,北京 100081
4 昆明物理研究所,云南 昆明 650223

提升光电转换效率一直是太阳电池领域的主要研究方向。基于等离激元共振效应提高硅薄膜太阳电池效率是一种行之有效的技术和手段。入射光在金属/半导体界面处产生的等离激元增强散射机制能有效增强有源层对入射太阳光的吸收,从而提高能量转换效率。本文从介绍太阳电池的工作机制及基本参数入手,综述了利用金属纳米颗粒及化合物纳米材料、等离子体激元、表面钝化、光栅和陷光结构等提升硅薄膜太阳电池效率的研究进展。综合不同金属(Au、Ag和Al等)纳米颗粒对提升单晶硅薄膜太阳电池效率的效果及成本因素,肯定了用Al纳米颗粒提升单晶硅薄膜太阳电池效率的可行性及重要意义。

薄膜 薄膜太阳电池 等离子体激元 光电转换效率 铝纳米颗粒 单晶硅 
激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1700002
作者单位
摘要
渤海大学 新能源学院, 辽宁 锦州 121000
采用磁控溅射方法, 在多晶硅薄膜太阳电池表面沉积了不同粒径大小的Au纳米粒子, 利用粒径大小可调控的Au纳米粒子的局域表面等离激元共振增强效应(LSPR), 对入射光中的可见光区域实现“光俘获”; 采用UVvis吸收光谱对LSPR进行了研究, 结果表明, LSPR能够有效拓展Au纳米粒子的光谱响应范围(400~800nm), 并且, 随着Au纳米粒子粒径的增大, LSPR共振吸收峰呈现出明显“红移”; 同时, 通过SERS表征, 证实LSPR能够有效增强Au纳米粒子周围的局域电磁场强度; 最后, 多晶硅太阳电池的JV特性曲线表明, 当Au纳米粒子溅射时间为50s时, 多晶硅太阳电池光电转换效率(η)最高为14.8%, 比未修饰Au纳米粒子的电池η提高了42.3%。
多晶硅薄膜太阳电池 Au纳米粒子 光俘获 局域表面等离激元共振 polycrystalline silicon thin film solar cells (PS noble metal nanoparticles lighttrapping localized surface plasmons resonance (LSPR) 
半导体光电
2018, 39(3): 354

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