硒化亚锗异质结太阳电池模拟研究

薄膜太阳电池技术中研究的热点之一是寻找能够替代碲化镉和铜铟镓硒的吸收层材料,近来具有优异材料和光电特性的硒化亚锗(germanium selenide,GeSe)进入了科研人员的视野.影响异质结太阳电池性能的主要是各功能层材料的材料特性和构筑的器件结构以及结构中异质结界面处的界面特性.本文以GeSe为吸收层,配备了性能稳定的无机材料TiO_(2)和Cu_(2)O分别作为太阳电池的电子输运层和空穴输运层,构筑了结构为FTO/TiO_(2)/GeSe/Cu_(2)O/Metal的异质结太阳电池.选用TiO_(2)和Cu_(2)O作为载流子输运层是因为两者分别与吸收层GeSe形成小的尖峰状的导带带阶和价带带阶,不会妨碍多子输运的同时能有效抑制界面处载流子的复合.接着利用wxAMPS软件模拟分析了有关功能层材料参数和异质结界面特性以及工作温度对太阳电池性能参数的影响,结合实际应用选定相关材料参数,优化后300 K温度下GeSe异质结太阳电池的开路电压Voc为0.752 V,短路电流Jsc为40.71 mA·cm^(-2),填充因子FF为82.89%,转换效率η为25.39%.研究结果表明结构为FTO/TiO_(2)/GeSe/Cu_(2)O/Au的太阳电池有成为高效、低毒和低成本的太阳电池的潜力,同时模拟分析也为设计和制备异质结太阳电池提供一定借鉴.

硫硒化亚锗光电探测器的制备及光电性能

采用微机械剥离法得到横向尺寸约为12μm的硫硒化亚锗(GeS_(0.5)Se_(0.5))纳米片,以铬/金(Cr/Au)为接触电极,首次制备得到GeS_(0.5)Se_(0.5)光电探测器,并探究了其光电性能.结果表明,剥离所得的纳米片具有良好的结晶质量,硫和硒在纳米片中分布均匀,光学带隙为1.3 eV;该光电探测器在515 nm光激发下最大探测能力达到4.52×10^(13)Jones,最高响应度为1.15×10^(4)A/W,外部量子效率为2.79×10^(4)6%,展现出非常高效、快速和稳定的光响应能力.

近空间升华工艺制备高晶化硒化亚锗光电薄膜及其在太阳能电池中的应用

硒化亚锗(GeSe)由于具有原材料储量丰富、绿色无毒、制备工艺简单和性质稳定等优势,近几年得到了广泛关注。采用近空间升华法制备了GeSe薄膜,对GeSe薄膜的结晶行为进行分析,并将其应用到器件结构为FTO/CdS/GeSe/聚(3-己基噻吩)(P3 HT)/C的太阳能电池中进行优化。首先,在蒸发步骤完成后引入退火工艺,能够有效促进GeSe薄膜晶化,使GeSe太阳能电池的光电转换效率(PCE)提高至0.743%。随后,通过衬底温度调节GeSe薄膜的晶化特性,发现衬底温度的提高有利于GeSe薄膜的晶化,但当衬底温度在300℃以上时,过高的温度会使GeSe从衬底上脱附,导致晶化程度下降,器件性能快速退化。在最佳的280℃衬底温度下,GeSe薄膜具有最大的晶粒尺寸和最强的光吸收、最高的电子寿命(τ)和电导率(σ),获得了2.130%的PCE,其中开路电压(V_(OC))为0.299 V,短路电流密度(J_(SC))为16.815 mA·cm^(-2),填充因子(FF)为42.137%。以上研究为高晶化GeSe太阳能电池的制备和优化提供了可行的技术路线。

GeSe_2非晶半导体薄膜中光致结构及性能变化

运用X射线衍射分析、红外光谱分析、扫描电镜分析和透射光谱分析 ,研究了GeSe2 非晶半导体薄膜经5 14.5nm波长的氩离子激光辐照后的结构及性能变化。实验结果表明 ,经热处理和激光辐照后 ,薄膜的光学吸收边均移向短波长处 ,这种移动随着辐照激光强度和辐照时间的增加而增大 ,并且在退火薄膜中是可逆的。扫描电镜分析结果表明 ,薄膜在激光辐照后有微晶析出 ,这种微晶的析出量随着辐照激光强度的增强而增加。

多晶GeSe薄膜的制备及在太阳能电池中的应用

硒化亚锗(GeSe)由于具有原材料储量丰富、绿色无毒、组成简单、稳定以及吸光系数高等优势,很适合被用于制备薄膜太阳能电池的光吸收层。然而,目前对其研究较少,其主要难点在于如何制备高质量的多晶GeSe薄膜。本工作采用物理气相沉积法制备GeSe薄膜,之后通过硫化铵溶液及退火处理,有效地将非晶GeSe转变为多晶GeSe。将其组装成简单平面薄膜结构太阳能电池器件后,相比于未处理的非晶GeSe太阳能电池,电池的光电流有了显著提升,对应的电池效率提升了13倍左右。进一步将未封装的电池放置在空气中一个月后,发现其仍能保持原有效率,证明其具有优异的稳定性。