CuInSe2-TiO2-FTO復(fù)合薄膜中界面光生電荷傳輸性質(zhì)研究.pdf

1、新型納米結(jié)構(gòu)材料的太陽能電池，能夠降低太陽能電池的成本和提高能量轉(zhuǎn)換效率，已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，特別是異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池。將TiO2與CuInSe2（CuInS2）進(jìn)行復(fù)合，構(gòu)建了低成本、高轉(zhuǎn)換效率的PN異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池器件。CuInSe2是多元化合物p型半導(dǎo)體，其光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)19.5％，光吸收系數(shù)達(dá)105數(shù)量級(jí)，利于太陽能電池基區(qū)光子吸收和少數(shù)載流子的收集。TiO2的氧化能力強(qiáng)，具有無毒，耐酸堿，一種寬禁帶n型間接半導(dǎo)體。Ti

2、O2與CuInSe2復(fù)合形成PN異質(zhì)結(jié)，能促進(jìn)光生電子空穴對(duì)的分離，減小少數(shù)載流子的平均擴(kuò)散長度從而降低復(fù)合幾率，增加了電荷的收集效率；并且可以降低對(duì)CuInSe2材料的純度要求。目前CIS/TiO2復(fù)合薄膜太陽能電池，最高的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7%，在全固態(tài)薄膜太陽能電池方面，有廣闊的應(yīng)用前景。
　　在TiO2/CIS復(fù)合薄膜太陽能電池中，通過改善TiO2薄膜中的電荷傳輸，光伏效率由0.2%提高到了2.8%；在TiO2與CIS之間增

3、加In2S3作為緩沖層，能量轉(zhuǎn)換效率得到進(jìn)一步提高（7%）。由此可以看出界面性質(zhì)決定了器件性能，而深入研究和理解界面中光電荷分離、傳輸以及復(fù)合過程對(duì)于能量轉(zhuǎn)換效率的提高具有很重要的指導(dǎo)意義。
　　CIS/TiO2復(fù)合太陽能電池的研究大多是基于TiO2納米顆粒，而一維納米陣列結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異的電荷傳輸性能已經(jīng)廣泛用于光電器件中。這里，我們以 FTO為基底，先以水熱法制備一維TiO2納米線陣列結(jié)構(gòu)，再利用一步電化學(xué)沉積法在TiO2納米線陣

4、列填充CIS納米顆粒，構(gòu)筑CIS/TiO2異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。為了研究界面性質(zhì)對(duì)電荷分離和傳輸?shù)挠绊?，我們進(jìn)行了以下三方面的研究工作：
　　（1）采用旋涂法在FTO表面旋涂TiO2緊密層，在此基礎(chǔ)上，以刮涂法制備TiO2納米顆粒薄膜。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FSEM)、穩(wěn)態(tài)表面光電壓（SPV）及其相位譜、交流阻抗譜（EIS），研究了TiO2緊密層對(duì)TiO2納米顆粒薄膜與FTO基底之間的界面中電荷傳輸過程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：TiO2緊密

5、層可以改善從TiO2薄膜到FTO表面的電荷的傳輸，減少復(fù)合。
　?。?）通過水熱法生長金紅石相和銳鈦礦相的 TiO2納米棒陣列，主要利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FSEM)、表面光電壓(SPV)及其相位譜、開爾文探針（Kelvin）等，對(duì)不同相的 TiO2納米線復(fù)合薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、形貌及光電性質(zhì)進(jìn)行了表征和分析。并且研究了CIS/TiO2復(fù)合薄膜的界面能帶結(jié)構(gòu)，以及電荷傳輸過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不同PH值的生長環(huán)境，可以影響復(fù)合薄膜基底