太阳电池新型光吸收层CuSb(Se,S)2薄膜的电沉积预制层后硫化法制备及器件特性研究

CuSb(Se,S)2 is a kind of a novel absorber layer material for thin film solar cells which our country have clear resource advantage. It is expected to replace CuIn1-xGaxSe2（CIGS）in thin film solar cells because of solving the problem of resource shortage restricted the development of CIGS solar cells. In this project, CuSb(Se,S)2 thin films will be prepared by sulfurization of electrodeposited CuSbSe2 precursors for the first time. Firstly, the electrodeposition mechanism of precursors and the formation mechanism of CuSb(Se,S)2 during the sulfurization stage will be revealed; The relationship of composition and structure to the properties of thin films will be illustrated; Based on the above results, the technical prototype for the fabrication of quality controllable CuSb(Se,S)2 thin films will be bulit. Secondly, CuSb(Se,S)2 thin film solar cells will be fabricated, and their photoelectric conversion characteristics and the efficient loss mechanisms will be studied; Then, the most suitable chemical stoichiometric composition and structure for use as absorber layer material in thin film solar cells will be determined; The technical prototype for devices fabrication will be formed, and more than 5% conversion efficiency of CuSb(Se,S)2 thin film solar cell will be obtained. The achievements of this project will have important significance for developing a novel thin film solar cells with independent intellectual property rights, value-added using antimony resource and realizing the solar cells in large scale applications.

CuSb（Se,S）2是一种我国具有资源优势的薄膜太阳电池新型光吸收层材料，有望替代CuIn1-xGaxSe2（CIGS），解决CIGS薄膜太阳电池发展中存在资源稀贵短缺的难题。本项目率先采用电沉积预制层CuSbSe2后硫化法制备CuSb(Se,S)2薄膜，揭示其电沉积生长-高温硫化形成机理，阐明薄膜成分、结构和性能相互关系，建立质量可控的CuSb（Se,S）2薄膜制备技术原型；试制CuSb(Se,S)2薄膜太阳电池并研究其光电转换特性和效率损失机制，确定CuSb(Se,S)2薄膜用作太阳电池光吸收层的理想化学计量组成及结构要求，形成CuSb(Se, S)2薄膜太阳电池的技术原型，获得转化效率高于5%的CuSb(Se,S)2太阳电池器件。项目研究将形成新型CuSb(Se,S)2薄膜太阳电池的自主知识产权，对增值利用我国具有显著优势的Sb资源，推动太阳电池低成本制造与大规模应用具有重要意义。

CuSb(Se,S)2作为一种我国具有资源优势的薄膜太阳电池新型光吸收层材料，有望解决Cu(In1-xGax)Se2薄膜太阳电池发展中存在资源稀贵短缺的难题。本项目采用电沉积法后快速热处理法制备了质量可控的CuSbSe2薄膜，并试制了CuSbSe2薄膜太阳电池器件，认识了其光电转换特性；研究了硫化热处理工艺对CuSb(Se,S)2薄膜成分、形貌、结构的影响规律，制备了CuSb(Se,S)2薄膜太阳电池器件并探索其改性研究。另外，还开展了Sb2Se3薄膜的光电化学沉积及机理研究。主要研究结论如下：.（1）采用循环伏安法研究了CuSbSe2电化学沉积机理，并比较了贫铜、富铜成分的CuSbSe2薄膜性能。研究结果表明，在-0.40 V (vs. SCE)下可以获得化学计量比接近1：1：2的CuSbSe2薄膜，并且形貌平整致密。光电化学测试结果表明贫铜成分的CuSbSe2薄膜具有更高的光电转化效率。.（2）研究了快速热处理工艺对CuSbSe2薄膜成分、形貌、结构的影响。研究结果表明，快速热处理可以有效减少薄膜组分的挥发，获得成分接近理想化学计量比，结晶性大大提高的CuSbSe2薄膜。.（3）成功制备了CuSbSe2薄膜太阳电池器件，获得了0.4%的光电转换效率（开路电压为264 mV，短路电流密度为5.11 mA/cm2，填充因子为0.293）。器件的短路电流和整体电池效率均较低，还有很大的提升空间。.（4）针对CuSbSe2薄膜分别做了硒化和硫化改性研究探索。硒化热处理得到了物相为Cu3SbSe4薄膜，但其形貌发生极大恶化，试制太阳电池器件时发生了短路；硫化热处理得到了形貌较好的CuSb(Se,S)2薄膜，其太阳电池器件的光电转换效率为0.2%。.（5）揭示了Sb2Se3薄膜的光电化学沉积机理。光照促进了SbO+的电还原，提高了沉积速率，所得Sb2Se3薄膜呈体相p型、表相n型的掩埋结结构。