46 / 2021-10-28 10:52:20

离子掺杂提高Sb2Se3薄膜载流子浓度和准同质结太阳电池构建

Sb2Se3，离子掺杂，磁控溅射法，载流子浓度

硒化锑（Sb2Se3）作为一种具有优异光电性能且经济环保的薄膜太阳电池光吸收层材料，近年来逐渐成为研究热点之一，Sb2Se3太阳电池的光电转换效率在短短几年内就升至9.2%。但目前其开路电压一般在0.3 V到0.5 V之间，小于其热力学极限值的50%。如何减小开路电压亏损成为提高Sb2Se3薄膜太阳电池光电转换效率的关键。理论计算和相关研究指出，Sb2Se3薄膜电导率低，载流子浓度仅有1013 cm−3，远低于电池吸收层理论上应具有的最佳掺杂浓度(1016 cm−3) ，这限制了准费米能级的分裂，是限制其开路电压的主要原因。

本研究通过引入掺杂离子（Sn和I）实现Sb2Se3薄膜载流子浓度的大幅提高。通过在球磨结合等离子体烧结的制靶过程中加入离子掺杂剂，得到基于离子掺杂的Sb2Se3靶材，然后通过射频磁控溅射结合后硒化热处理得到了高质量的掺杂薄膜。我们系统研究了不同硒化温度和掺杂浓度下Sb2Se3掺杂薄膜微结构及光电性能变化。研究结果表明：引入上述离子掺杂能有效解决Sb2Se3载流子浓度低的关键不足，实现载流子浓度的数量级调控，同时阳/阴离子掺杂可实现Sb2Se3薄膜导电类型的调控。基于此首次构建了效率为2.17%的Mo/Sb2Se3-Sn/Sb2Se3-I/ITO/Ag底衬结构平面准同质结薄膜太阳电池，为准同质结太阳电池研究积累了研究经验。