CuSbS2薄膜制备方法及其太阳能电池的研究进展

三元金属硫化物CuSbS2是一种所含元素地储丰富且环境友好的太阳能电池光吸收层材料,并且具有较高的光吸收系数、合适的带隙以及较低的熔点等特性,有望应用在建筑集成、公共基础建设以及便携电子产品等方面。本文首先综述了近些年各团队在CuSbS2薄膜上的不同制备方法,总结了Cu含量和热处理等对薄膜质量的影响,然后介绍了在太阳能电池方面的最新研究进展,比如电池器件的设计和转换效率的提升等,最后对CuSbS2薄膜太阳能电池的发展趋势作出展望。

硫化气压对溶胶-凝胶法制备CuSbS2薄膜性能的影响

CuSbS2是一种良好的太阳电池吸收层材料,其组成元素毒性低且地球储量比较丰富。采用溶胶-凝胶法制备CuSbS2薄膜,为了去除薄膜中的氧化物并提高薄膜质量,对薄膜进行了硫化处理。采用X射线衍射仪、喇曼光谱仪、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计等表征手段,分析CuSbS2薄膜的结晶性、物相结构、微观形貌和光学性能。结果表明,所制备的薄膜为硫铜锑矿结构的CuSbS2;较低硫化气压可以提高薄膜的结晶性能,但低压下制得的CuSbS2薄膜表面孔洞较多。当硫化气压由10 kPa升至30 kPa时,制备的CuSbS2薄膜的吸收系数降低;硫化气压由50 kPa升至70 kPa时,薄膜吸收系数升高,在可见光范围内,吸收系数均大于104 cm-1。薄膜的禁带宽度最大为1.47 eV,与太阳光谱匹配。

双靶共溅射Cu-Sb合金预制层后硫化法制备CuSbS_2光伏薄膜及其性能

采用双靶共溅射Cu-Sb合金预制层后硫化法制备铜锑硫(Cu Sb S2)薄膜,研究溅射功率对合金成分的影响,并采用X线能量色散谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X线衍射(XRD)和紫外-可见-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)等对硫化后薄膜进行表征,同时制备Cu Sb S2太阳能电池器件并对其输出特性进行表征和分析。研究结果表明:三元Cu Sb S2相由预制层中金属被硫化生成的二元硫化物Cu S和Sb2S3相互反应形成。在400℃下硫化退火可制得结晶良好、表面致密的Cu Sb S2薄膜,其带隙宽度为1.46 e V,并在可见光区具有大于5×104 cm-1的光吸收系数。制作的glass/Mo/Cu Sb S2/Cd S/i-Zn O/Al-doped Zn O/Ag薄膜太阳能电池器件在太阳总辐照度为100 m W/cm2下测试,获得的开路电压和短路电流密度分别达150 m V和1.29 m A/cm2。