摘要
发展光伏产业对于应对能源危机有着重要意义。硫化锑（Sb2S3）有着无毒、高稳定性、低成本、合适的带隙宽度和高吸收系数等优点，现已成为新一代硅基串联太阳能电池中很有前途的候选电池。同时，Sb2S3材料是一维带状结构，有较好的弯曲性能，在柔性器件中具有巨大的应用潜力。底衬结构Sb2S3太阳能电池的光从顶电极处入射，衬底有着更宽泛的选择，有利于制备柔性器件，也更适合作为顶电池与其他电池组装成叠层器件。因此，本文致力于制备高效稳定的底衬结构硫化锑薄膜太阳能电池，围绕薄膜沉积温度、薄膜沉积时间、界面优化、以及取向诱导等方面展开研究。主要研究内容包括以下两个方面： （1）基于Mo玻璃的刚性底衬结构Sb2S3太阳能电池。采用快速热蒸发法制备了Sb2S3薄膜，探究不同蒸发温度以及结晶温度对于薄膜生长的影响。研究发现蒸发温度为560℃、结晶温度为330℃时，薄膜均匀致密无孔洞，晶体峰位是狭窄的尖峰，以[120]取向为主导。将Sb2S3薄膜组装成结构为glass/Mo/Sb2S3/CdS/ITO/Ag的底衬结构Sb2S3太阳能电池，通过物理测试得出电荷复合寿命为46.10μs，电荷传输寿命为3.85μs。这说明薄膜内的缺陷减少，电荷传输变快，器件的填充因子和短路电流得到了提升；而且此时的内建电场可达0.95V，载流子的抽取能力变强，提升了器件的开路电压。这些因素使器件的最高效率达到了3.11%，其中EQE光吸收信号最高接近80%。此外，该在空气中放置100天后还能够保持原本效率的95%，有较好的稳定性。 （2）基于柔性Mo箔的底衬结构Sb2S3太阳能电池。通过调节蒸发时间（30-60s）可以得到不同的Sb2S3薄膜厚度（0.9-2.5μm），最佳厚度大约为1.8μm。此时薄膜具有最好的结晶性，器件具有最高的内建电场，最高的EQE光吸收信号，效率达到了2.5%。此外，我们开发了在管状炉中的硒化Mo箔的工艺，以在Mo箔和Sb2S3薄膜之间获得一个20nm的MoSe2中间层。MoSe2层改善了界面能带排列，诱导了Sb2S3薄膜的[211]取向，从而钝化了界面缺陷，提高了载流子的输运能力。与控制器件相比，具有MoSe2层的太阳能电池具有更短的电荷传输寿命（2.7μs），更大的Vbi（0.91V）和更大的并联电阻（8.6kΩ），分别有效地提高了JSC、VOC和FF。柔性Sb2S3太阳能电池（Mo-foil/MoSe2/Sb2S3/CdS/ITO/Ag）的效率为3.75%，VOC为0.654V，JSC为11.6mAcm?2，FF为49.5%。该器件在20°经过3000次弯曲循环后，可保持其初始效率的90%以上，表现出良好的弯折性能。
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