铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4,CZTS)因地球储量丰富、环保无毒、光吸收系数很高(>104cm-1)且带隙接近单节光伏电池的最优带隙,被认为是理想的光伏材料。本文基于傅里叶变换红外光谱仪,利用吸收光谱、反射光谱、光致发光光谱和光电流谱系统地研究了CZTS半导体的带边电子结构和本征缺陷能级,为制备更少缺陷的CZTS半导体提供理论指导。同时利用X射线衍射、光谱表征和J-V特性测试研究了锡组分的变化对铜锌锡硫薄膜结构、缺陷、能带带尾以及铜锌锡硫光伏电池输出特性的影响。得到如下结论:1)高浓度的电中性缺陷簇[2(59)+9)(59)]使得CZTS半导体的禁带宽度减小,吸收光谱和反射光谱显示CZTS半导体光学带隙约为1.33 eV。光致发光光谱显示CZTS半导体含有高浓度的带尾态,发光峰相对于光学带隙发生红移,同时在价带尾上方约80 meV处存在(59)受主缺陷带,并且确认禁带内存在深能级施主缺陷簇[(59)+9)(59)],位于价带尾上方约0.84 eV。2)X射线衍射、光谱表征显示贫铜富锌缺锡的样品薄膜质量更高,深能级施主缺陷簇[(59)+9)(59)]、带尾态浓度最小,且中性缺陷簇[2(59)+9)(59)]浓度也最小,迁移率隙更接近理论禁带宽度,所以在贫铜富锌的组分下,适当减小锡组分,能够有效抑制与9)(59)有关的缺陷簇,优化CZTS半导体带边电子结构。J-V测试也显示较小的锡组分,可以抑制与9)(59)有关的缺陷簇,从而提高开路电压和短路电流密度。同时在锡较多的样品中深能级缺陷簇浓度增大,导致载流子复合和热激发的几率增大,使得光伏电池二极管理想因子和反向饱和电流密度增大。
基本信息
题目 | 铜锌锡硫带边电子结构及锡组分优化的光谱研究 |
文献类型 | 硕士论文 |
作者 | 马骕驭 |
作者单位 | 华东师范大学 |
导师 | 越方禹 |
文献来源 | 华东师范大学 |
发表年份 | 2020 |
学科分类 | 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑 |
专业分类 | 物理学,化学,电力工业 |
分类号 | TM914.4;O657.3;O434.1 |
关键词 | 铜锌锡硫光伏材料,半导体缺陷,能带结构,光谱表征 |
总页数: | 67 |
文件大小: | 3837K |
论文目录
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 光伏电池的发展与工作原理 |
1.2.1 光伏电池发展概括 |
1.2.2 光伏电池工作原理及重要性能参数 |
1.3 铜锌锡硫系光伏电池概述 |
1.3.1 铜锌锡硫四元合金化合物的演化 |
1.3.2 铜锌锡硫系光伏电池研究现状 |
1.4 本论文的研究意义和主要研究内容 |
第二章 铜锌锡硫光伏电池制备及光谱表征方法 |
2.1 CZTS光伏电池制备工艺流程 |
2.2 光谱实验系统和光谱表征方法 |
2.2.1 傅里叶变换红外光谱仪原理及相关实验仪器 |
2.2.2 光谱表征方法 |
2.3 非平衡载流子的复合 |
2.3.1 辐射复合 |
2.3.2 俄歇复合 |
2.3.3 陷阱复合 |
2.4 本章小结 |
第三章 铜锌锡硫带边电子结构的光谱表征及数据分析 |
3.1 CZTS薄膜吸收和反射光谱分析 |
3.2 CZTS薄膜光致发光光谱分析 |
3.2.1 光致发光的激发功率特性 |
3.2.2 光致发光的温度特性 |
3.3 CZTS光伏器件光电流谱分析 |
3.4 CZTS带边电子结构示意图 |
3.5 本章小结 |
第四章 锡组分优化铜锌锡硫带边电子结构 |
4.1 锡组分对CZTS的物性影响 |
4.1.1 锡组分对CZTS薄膜结构的影响 |
4.1.2 锡组分对CZTS缺陷态密度和迁移率隙的影响 |
4.2 锡组分对CZTS光伏电池参数的影响 |
4.2.1 锡组分对CZTS电流密度-电压特性的影响 |
4.2.2 锡组分对光伏电池寄生电阻和二极管特性的影响 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
硕士在读期间科研成果 |
致谢 |
参考文献
[1] 系统结构缺陷分层预测方法[J]. 吉林大学学报(信息科学版) 2015(03) |
[2] 基于ACFM焊缝体积型和簇群型缺陷检测仿真分析[J]. 测试技术学报 2019(01) |
[3] 铌酸锂晶体中本征缺陷的模拟计算[J]. 科技创新导报 2013(24) |
[4] 强流脉冲电子束辐照诱发的AISI 304奥氏体不锈钢中的空位簇缺陷[J]. 核技术 2008(07) |
相似文献
[1]基于活性层吸收优化的小分子非富勒烯受体光伏电池研究[D]. 杨琅蕾.西北大学2018 |
[2]激光无线传能中光伏电池响应特性及转换效率研究[D]. 李巍.中国工程物理研究院2018 |
[3]废旧光伏电池板多组分分离[D]. 燕阳.昆明理工大学2020 |
[4]基于系统动力学的光伏电池逆向物流回收预测研究[D]. 赵贝贝.华北电力大学(北京)2019 |
[5]硅基Ge量子点与硅纳米线的研究及在光伏电池中的应用[D]. 周志文.云南大学2018 |
[6]光伏发电MPPT和并网系统的研究[D]. 张朋飞.华北水利水电大学2019 |
[7]MPPT光伏控制器的设计及其控制算法的研究[D]. 李晓南.西安科技大学2019 |
[8]风沙环境下光伏板表面风荷载及积尘仿真研究[D]. 李诗源.宁夏大学2019 |
[9]光伏电池阴影下输出特性及MPPT研究[D]. 王潇然.山东理工大学2019 |
[10]基于可重构光伏电池网络的光电能量采集芯片设计[D]. 金璐.北京工业大学2019 |
铜-锌-锡-硫带边缘电子结构的光谱研究和锡组成的优化
下载Doc文档