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光电薄膜SnS2、SnS的制备及其太阳能电池的研究

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1 绪论

1.1 引言

1.2 太阳能电池的简介

1.3 本论文的研究内容

2 等离子体增强化学气相沉积法简介与薄膜的制备和表征

2.1 SnS2和SnS性质与研究进展

2.2 PECVD技术简介

2.3 薄膜的实验制备过程

2.4 本章小结

3 二硫化锡薄膜的制备与性能表征

3.1 不同基片材料对SnS2薄膜的结构和形貌的影响

3.2 退火处理对SnS2薄膜性能的影响

3.3 基片温度对SnS2薄膜性能的影响

3.4 本章小结

4 硫化亚锡薄膜的制备与研究

4.1 不同基片温度和不同锡源对SnS薄膜的影响

4.2 本章小结

5 异质结薄膜太阳能电池的制备与研究

5.1 glass/FTO/n-SnS2/p-SnS/Ag异质结薄膜太阳能电池

5.2 glass/FTO/n-ZnO/p-SnS/Ag异质结薄膜太阳能电池

5.3 glass/FTO/n-TiO2/p-SnS/Ag异质结薄膜太阳能电池

5.4 三种异质结薄膜太阳能电池的对比

5.5 本章小结

6 全文总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

近年来，人们对环保、无毒的锡硫化合物材料的研究给予了极大的重视，由于其优越的光电性能，被广泛应用于太阳能电池等光电器件中。相对于CdTe、GaAs及 CIGS等太阳能电池来说，组成锡硫化合物的Sn、S两种元素地球含量丰富、无毒、廉价，有很好的环境相容性。其中，SnS的直接禁带宽度Eg为1.3～1.5eV，十分接近太阳能电池的最佳禁带宽度，吸收系数α>104cm-1，其理论上光电转换效率可高达到25％，可用作薄膜太阳能电池中的吸收层材料；此外，SnS2是一种良好的n型宽带隙半导体材料，十分适合用作太阳能电池的窗口材料。因此，锡硫化合物薄膜的制备与研究对研制和开发新型太阳能电池有着十分重要的意义和价值。
　　本论文采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)结合固态源料的方法制备SnS和SnS2薄膜，并研发出相应的异质结薄膜太阳能电池，主要工作如下：
　　（1）利用自主研发的PECVD设备沉积薄膜，其中源料采用的是固态源，而非传统的气态源，此装置大大降低了薄膜沉积的成本，同时对环境不构成污染。
　　（2）利用固态源料结合PECVD法制备SnS2薄膜，探讨了不同基片种类、不同基片表面温度、真空退火处理对SnS2薄膜的物理光学性能的影响，并分析讨论其机理。
　　（3）利用固态锡源SnCl4·5H2O、SnCl2·2H2O和硫源Na2S2O3结合PECVD法制备SnS薄膜，探讨了不同基板表面温度和不同的锡源对SnS薄膜的物理光学性能的影响，并分析讨论其机理。
　　（4）以SnS2薄膜、ZnO薄膜和TiO2薄膜为n型半导体材料，匹配p型SnS薄膜，分别制备出的glass/FTO/n-SnS2/p-SnS/Ag、glass/FTO/n-ZnO/p-SnS/Ag和glass/FTO/n-TiO2/p-SnS/Ag异质结薄膜太阳能电池，并分析对比其光电转换效率。
　　本课题利用PECVD法结合固态源制备出了性能良好的SnS和SnS2薄膜，并探索出薄膜可控生长的工艺条件，成功制备出异质结薄膜太阳能电池，这为锡硫化合物薄膜太阳能电池的工业化生产奠定了基础。

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