2024年5月6日发(作者：酷派5211)
科技与创新
┃
ScienceandTechnology&Innovation
文章编号：2095－6835（2018）05－0072－02
2018年第05期
热蒸发法制备
Sb
2
Se
3
薄膜及后退火温度对其性能的影响
姚文健
（福州大学，福建福州
350116
）
摘要：采用真空热蒸发法结合退火工艺制备得到质量较好的多晶Sb
2
Se
3
薄膜，薄膜致密、结晶性良好，且表现
出一定的择优生长现象，其禁带宽度大致在
1.4eV
左右。探索了不同退火温度对
Sb
2
Se
3
薄膜物相结构、形貌与光
电性能的影响，在此基础上制备了
FTO/CdS/Sb
2
Se
3
/AL
结构的电池，效率为
0.047%.
关键词：电阻热蒸发法；Sb
2
Se
3
；薄膜太阳能电池；半导体
中图分类号：TB383文献标识码：ADOI：10.15913/.2018.05.072
使用X射线衍射仪（RigakuUltimaIV）分析薄膜的物
相结构，使用NovaNanoSEM230型号场发射扫描电子显微
镜（SEM）观察Sb
2
Se
3
薄膜的表面形貌，并用其自带的能量
色散X射线光谱系统测试薄膜的组成成分，使用Cary5000
型号紫外可见近红外分光光度测试薄膜的光学性能，使用
ST2255型超高阻微电流测试仪测试薄膜的电阻率，使用
Keithley4200半导体参数测试仪和太阳能模拟器（ABET
TECHNOL-OGIESSun2000SolarSimulator）在AM1.5的模
拟光照下测试Sb
2
Se
3
电池的I-V特性。
近年来，薄膜太阳能电池因其具有轻薄、制备能耗低、
高温发电性能好和可柔性等优势，成为太阳能电池中的研究
热点，除了已知碲化镉和铜铟镓硒薄膜太阳能电池外，人们
对其他价格低廉、绿色无毒的新材料也展开了积极的探索。
硒化锑因其物相结构简单、无毒、原料储量大、低成本、禁
带宽度合适和吸收系数高，成为一种非常有前途的太阳能吸
收层材料。理论计算Sb
2
Se
3
薄膜太阳能电池的最高效率可以
带垂直于衬底生长，则光生载流子可以有效地沿着晶体带传
输，而在带的边界因没有悬挂键存在，大大减小了复合损失。
目前，平面异质结结构的Sb
2
Se
3
薄膜太阳能电池的最高效率
为6%
[2]
。本文采用真空热蒸发法制备Sb
2
Se
3
薄膜，因常温
衬底下所获得的薄膜为非晶结构，因此对其进行热退火处理，
探索了不同退火温度对Sb
2
Se
3
薄膜物相结构、形貌与光电性
能的影响，并将所制备的Sb
2
Se
3
薄膜作为吸收层应用于太阳
能电池当中，器件的光电转换效率为0.047%.
1实验
采用DMDE-450光学多层镀膜机通过电阻蒸发法制备
Sb
2
Se
3
薄膜，其中真空度为4×10
-4
Pa，蒸发材料采用的是
99.999%纯度的Sb
2
Se
3
粉末（江西科泰先进材料有限公司），
蒸发容器为钨舟，通过调节蒸发电源的电流值来控制蒸发速
率，使沉积平均速率维持在3～5Å/s，沉积速率通过沉积时
间与薄膜最终厚度计算获得，然后在氮气的保护下退火
15min，退火温度分别设定为250℃、300℃、350℃，最
终制备出厚度为490nm的Sb
2
Se
3
薄膜。测试薄膜的物相结
构、组成成分、表面形貌及光电性能。此外，将所制备的
Sb
2
Se
3
薄膜作为吸收层应用于太阳能电池，首先，在FTO
玻璃上通过化学水浴法制备50nmCdS薄膜，后用热蒸发制
备490nmSb
2
Se
3
薄膜和Al电极（100nm），电池的器件结
构为：FTO/CdS/Sb
2
Se
3
/AL。
达到25%，且因其独特的一维纳米带结构
[1]
，如果能使纳米
.. All Rights Reserved.
图1不同退火温度下的Sb
2
Se
3
薄膜XRD图谱
2结果与分析
图1所示为电阻热蒸发法制备的Sb
2
Se
3
薄膜XRD图谱。
从图1中可以看出，所有样品的衍射峰都能很好地与正交晶
系的Sb
2
Se
3
晶体（JCPDS15-0861）相匹配，并且没有其他
杂质峰出现，3个样品在[（221）（211）和（301）]晶向上
有强的峰，在[（020）（120）和（240）]晶向上的峰较弱，
说明薄膜在（hk1）晶向上有择优生长，而这种择优生长的
Sb
2
Se
3
薄膜对太阳电池来说是有益的
[3]
。其中，300℃下退
火的Sb
2
Se
3
薄膜的衍射峰强度最大，说明其结晶性最好，而
350℃下退火的Sb
2
Se
3
薄膜的衍射峰强度最弱，说明其结晶
·72·
2018年第05期
性最差，从物相结构上来看，300℃下退火的Sb
2
Se
3
薄膜性
能最好。通过EDS测试Sb
2
Se
3
薄膜的组成成分，其中，Sb
元素的百分比为40%，Se元素的百分比为60%，由此可以
佐证薄膜为纯的Sb
2
Se
3
，说明薄膜在制备过程中没有被氧化
且无其他杂质污染。图2为不同温度下退火的Sb
2
Se
3
薄膜的
SEM图。从图2中可以看出Sb
2
Se
3
薄膜致密、结晶性良好，
晶体的颗粒平均尺寸大致为230nm，300℃下退火的Sb
2
Se
3
薄膜内大颗粒的晶粒较多。
（a）250℃
（b）300℃（c）350℃
图2不同温度下退火的Sb
2
Se
3
薄膜的SEM图
图3为不同温度下退火的Sb
2
Se
3
薄膜的（αhv）
2
-hv关
系曲线图。由图3可知，Sb
2
Se
3
薄膜在250℃下退火的禁带
宽度大致为1.46eV，300℃下退火的禁带宽度为1.4eV，
350℃下为1.375eV；随着退火温度的升高，Sb
2
Se
3
薄膜的
吸收系数逐渐增大，禁带宽度逐渐减小，根据
Shockley-Queisser理论计算
[4]
，所制备的薄膜非常适合作为
吸收层应用于太阳能电池。
图3不同退火温度下的Sb
2
Se
3
禁带宽度谱
图4为AM1.5光照下不同温度退火的Sb
2
Se
3
薄膜在
FTO/CdS/Sb
2
Se
3
/AL结构电池中的I-V特性曲线。从图4可
以得知，随着退火温度的升高，开路电压先升高后降低，短
路电流和填充因子则大致相等，串并联电阻则先升高后降低。
ScienceandTechnology&Innovation
┃
科技与创新
其中，300℃下退火的Sb
2
Se
3
太阳能电池效率最高为0.047%，
但这个效率值仍非常低。造成短路电流较低的主要原因是所
制备的Sb
2
Se
3
薄膜反射率太高，在45%左右，导致对太阳光
的利用率较低，Sb
2
Se
3
薄膜在CdS上的黏附性不好，进而导
致器件无法有效地收集光生载流子。而在CdS/Sb
2
Se
3
界面处
存在大量的界面缺陷，导致复合损失较大，Sb
2
Se
3
薄膜与
CdS之间的能带不匹配，进而导致开路电压较小。
图4不同退火温度的Sb
2
Se
3
电池的I-V曲线图
3结束语
本文采用真空热蒸发法制备出Sb
2
Se
3
薄膜，然后在氮气
的保护下退火，探索了不同退火温度对Sb
2
Se
3
薄膜物相结构、
形貌与光电性能的影响，发现300℃为较优的退火温度，且
在此基础上制备了FTO/CdS/Sb
2
Se
3
/AL结构的电池，其效率
为0.047%，并分析了造成电池效率低的原因。
参考文献：
1
］
HaijunZhang
，
ChaoxingLiu
，
XiaoliangQi
，
et
gicalinsulatorsinSb
2
Se
3
，Bi
2
Te
3
andSb
2
Se
3
Physics，
2009（5）：438-442.
2］LWang，DBLi，CChen，6%-efficientSb
2
Se
3
Energy
，
2017
，
2
（
4
）：
17046.
3］YZhou，LWang，SChen，-filmSb
2
Se
3
photovoltaicswithorientedone-dimensionalribbonsand
Photonics，2015，9（6）：
409-415.
4
］
ey
，
edbalancelimitof
lofApplied
Physics，1961（32）：510-519.
————————
作者简介：姚文健（1991—），男，福州大学物理与信息工
程学院微纳器件与太阳能电池研究所硕士研究生，研究方向
为光电材料与器件。
〔编辑：刘晓芳〕
·73·
［
［
［
［
.. All Rights Reserved.
发布者：admin，转转请注明出处：http://www.yc00.com/num/1714948920a2542502.html
评论列表（0条）