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脉冲激光沉积方法制备太阳电池材料硫化锡及其性质的研究

作　者: 李丽丽
导　师: 梁齐
学　校: 合肥工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 硫化锡 脉冲激光沉积 衬底温度 太阳电池材料
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


能源节约和环境保护问题已经是当今全世界普遍关注的两大问题。而太阳电池作为一种节能环保装置,是利用太阳能产生光伏效应的一种光电转换器件,有着广阔的发展前景。硫化锡(SnS),以其安全无毒、资源丰富、转换效率高等优点,已经成为受到国内外研究者极大关注的一种新型太阳电池材料。SnS的直接禁带宽度Eg为1.3～1.5eV,接近太阳能电池的最佳禁带宽度;在理论上其能量转换效率达到25%;吸收系数α>104cm-1,用于制作太阳电池材料消耗少,还可固体化、薄膜化。因此,它非常适合于做太阳能电池的吸收层材料,已成为第三代薄膜太阳能电池的首选材料。本文利用脉冲激光沉积法制备硫化锡薄膜,并研究了不同衬底温度对制备得到的硫化锡薄膜的结构组成、表面形貌、光学特性及电学特性的影响。为了改善硫化锡薄膜的电学特性,还对其进行了初步掺杂。实验及测试结果表明:1)制备的硫化锡薄膜样品为具有斜方晶系的多晶结构薄膜,用脉冲激光沉积法制备的硫化锡薄膜样品在(111)晶面上有明显的择优取向性,且在一定范围内,随衬底温度升高而增强。2)在100℃～400℃范围内,衬底温度越高,硫化锡薄膜表面晶粒生长越均匀,粗糙度先增大后减小。3)硫化锡薄膜样品的吸收系数高达105cm-1,且衬底温度越低,吸收越强烈。硫化锡薄膜的直接禁带宽度为1.39~1.46eV,间接禁带宽度为1.25~1.38eV。禁带宽度在200℃时最大,400℃时最小。4)硫化锡薄膜的电导率随衬底温度的升高而有数量级地增加,薄膜的光暗电导比在衬底温度200℃时最大。5)样品具有光致发光特性,硫化锡薄膜均在820nm处有较窄的发射峰,且强度随衬底温度的升高而减弱。说明随衬底温度的逐渐升高,薄膜中非辐射性复合过程增加。6)在硫化锡薄膜中掺入适量的Cu (II)能有效地提高薄膜的电导率。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-14
第一章 绪论  14-21
  1.1 引言  14-15
  1.2 太阳电池介绍  15-19
    1.2.1 太阳电池原理  15
    1.2.2 太阳电池分类  15-17
    1.2.3 太阳电池的性能参数  17-19
    1.2.4 太阳电池应用  19
  1.3 太阳电池的发展前景  19-21
    1.3.1 薄膜太阳电池发展前景  19-20
    1.3.2 硫化锡材料的优势  20-21
第二章 硫化锡性质及其研究进展  21-28
  2.1 硫化锡的性质与研究进展  21-26
    2.1.1 硫化锡的基本性质  21-22
    2.1.2 硫化锡的研究进展  22-26
  2.2 硫化锡太阳电池研究进展  26-27
  2.3 本文研究内容  27-28
第三章 脉冲激光沉积系统简介与硫化锡薄膜的制备  28-34
  3.1 脉冲激光沉积原理  28
  3.2 薄膜的生长过程  28-30
  3.3 影响薄膜生长的因素  30-32
  3.4 脉冲激光沉积设备  32
  3.5 硫化锡薄膜的制备  32-34
第四章 硫化锡薄膜结构和表面形貌分析  34-43
  4.1 硫化锡薄膜结构分析  34-37
    4.1.1 X 射线衍射原理  34-35
    4.1.2 硫化锡薄膜的XRD 分析  35-37
  4.2 硫化锡薄膜表面形貌及成分分析  37-43
    4.2.1 硫化锡薄膜的AFM 分析  37-39
    4.2.2 硫化锡薄膜的EDS 分析  39-43
第五章 硫化锡薄膜光学和电学性能分析  43-58
  5.1 半导体的光学性质  43-45
    5.1.1 光在半导体薄膜表面上的反射和透射  43
    5.1.2 半导体对光的吸收  43-45
  5.2 硫化锡薄膜的光学性质研究  45-53
    5.2.1 硫化锡薄膜的透射率及吸收系数  45-46
    5.2.2 硫化锡薄膜的禁带宽度  46-52
    5.2.3 半导体的光致发光特性  52-53
    5.2.4 不同衬底温度对硫化锡光致发光特性的影响  53
  5.3 金属与半导体的接触和电极的制备  53-54
  5.4 半导体的光电导  54-55
  5.5 硫化锡薄膜的电学性质研究  55-58
    5.5.1 衬底温度对硫化锡薄膜的电学性质的影响  55-57
    5.5.2 掺杂对硫化锡薄膜的电学性质的影响  57-58
总结与展望  58-59
参考文献  59-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63-64

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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