用于薄膜太阳能电池的喷雾热解沉积CuSbS2吸收层

摘要： 采用金属氯化物水溶液通过喷雾热解法制备CuSbS2薄膜，并进行后续硫化处理。系统研究了CuSbS2的结构、化学、光学及电学特性，以及不同硫化温度对薄膜的影响。采用两步硫化法：第一步低温硫化促使沉积薄膜与硫蒸气充分饱和；第二步高温硫化促进CuSbS2的形成与结晶。其中第二步硫化温度对器件级CuSbS2薄膜的形成至关重要。随着硫化温度升高，Sb2S3等杂质减少且CuSbS2结晶度提升。当温度达到400°C时，杂质完全消失并获得相纯度高、结晶良好的CuSbS2薄膜。若硫化温度超过400°C，CuSbS2会逐渐转变为Cu3SbS4。在400°C下获得的最佳带隙为1.53 eV的p型CuSbS2薄膜，在可见光波段吸收系数大于10? cm?1。首次研究了CuSbS2的电导率温度依赖性：当测量温度高于140K时，其电导以带间传导和最近邻跳跃(NNH)为主；低于140K时则以变程跳跃(VRH)为主导。最终基于喷涂法制备的CuSbS2吸收层薄膜太阳能电池实现了0.34%的最高光电转换效率。