【摘 要】
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三硫化二锑(Sb2S3)是一种简单层状结构的直接带隙半导体,具有合适的禁带宽度(1.7 e V),相形成温度低,吸光系数高以及环境友好等特点,被认为是一种非常有发展前景的太阳电池材料。本文利用二硫化碳与正丁胺加成反应生成N-丁基二硫代氨基甲酸,接着再与三氧化二锑反应生成得锑-丁基二硫代氨基甲酸配合物作为锑源和硫源,通过旋涂热解法制备Sb2S3薄膜,系统比较了前驱体溶液中溶剂、热解温度以及旋涂热解过
【基金项目】
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国家自然科学基金(51972091、51472071); 合肥工业大学人才项目(75010-037004, 75010-037003);
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三硫化二锑(Sb2S3)是一种简单层状结构的直接带隙半导体,具有合适的禁带宽度(1.7 e V),相形成温度低,吸光系数高以及环境友好等特点,被认为是一种非常有发展前景的太阳电池材料。本文利用二硫化碳与正丁胺加成反应生成N-丁基二硫代氨基甲酸,接着再与三氧化二锑反应生成得锑-丁基二硫代氨基甲酸配合物作为锑源和硫源,通过旋涂热解法制备Sb2S3薄膜,系统比较了前驱体溶液中溶剂、热解温度以及旋涂热解过程参数对所得Sb2S3薄膜形貌、晶相、光学吸收和化学组成的影响,并对相应的太阳电池的性能进行评估。(1)以DMF作溶剂,使用低温200℃热解30min成功制备晶态的Sb2S3薄膜,并用spiro-OMe TAD作为空穴传输材料组装相应的太阳电池,研究了低温200℃制备的晶态Sb2S3薄膜的化学组成、晶相、结晶度、形貌、光学吸收以及相应太阳电池光伏性能的影响。结果表明,低温200℃制备的晶态Sb2S3薄膜沿(020)方向择优生长,薄膜表面平整光滑但有一些针孔,孔径较小只有10-30 nm,spiro-OMe TAD并不会渗透下去,相应的太阳电池取得了5.44%的光电转换效率,相应的开路电压0.62 V,电路电流密度14.60 m A·cm-2,填充因子为60.16%。(2)以Et OH作为溶剂,同样使用低温200℃热解30min制备晶态Sb2S3的薄膜,并用spiro-OMe TAD作为空穴传输材料组装相应的太阳电池。研究了低温200℃制备的晶态Sb2S3薄膜的化学组成、晶相、结晶度、形貌、光学吸收以及相应太阳电池光伏性能的影响。结果表明,低温200℃制备的晶态Sb2S3薄膜也是沿着(020)方向择优生长,薄膜为多孔结构,孔径大小分布50-200 nm,相应的太阳电池取得了5.00%的光电转换效率,其中开路电压为0.60 V,电路电流密度15.37 m A·cm-2,填充因子为54.57%。(3)以Et OH作为溶剂,通过调节旋涂过程参数以及热解温度制备出了致密全覆盖的Sb2S3薄膜。具体操作如下:将旋涂参数的加速度提高到7000 rpm/s,把一步低温200℃热解结晶温度调节成两步,先第一步160℃热解30 min制备了非晶态多孔的Sb2S3薄膜,然后通过高温300℃退火2min制备晶态致密全覆盖的Sb2S3薄膜,使用spiro-OMe TAD为空穴传输材料,相应的Sb2S3薄膜太阳电池获得了5.28%的光电转换效率,接着向空穴传输材料spiro-OMe TAD中引入P3HT,通过空间电荷限制电流法计算,发现空穴迁移率由1.50×10-4 cm~2·V-1·s-1提高到3.42×10-4 cm~2·V-1·s-1,通过结合晶态致密全覆盖的Sb2S3薄膜与spiro-OMe TAD:P3HT杂化空穴传输材料来组装相应的太阳电池,其光电转换效率由5.28%提高到5.65%。
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