金属预置层硒化法制备硒化锑薄膜工艺研究【字数：9307】
本课题采用磁控溅射制备Sb预置层再Se化退火处理的方法制备Sb2Se3薄膜，我们采用选取不同硒化退火温度和不同保温时长来探究对制备薄膜的性能的影响。先经由对比不同的硒化退火温度下制备的薄膜，发现405 ℃制备的薄膜晶粒尺寸大，无大孔洞，Se/Sb比大于1.5，易于制成P型的吸收层，Eg接近硅，导电性能较好。在此基础之上，对405 ℃样品选取不同保温时间进行进一步研究。发现薄膜晶粒尺寸随着保温时间的增加而增大，由保温10 min的700 nm逐渐增加到保温40 min的1 μm。通过持续光电导实验测试，光照条件电流增大，但光暗电流比值降低。Se/Sb原子比逐渐增大，利用分光计测量数据再计算，由保温10 min的薄膜禁带宽度1.06 eV降低至保温40 min的0.96 eV。综合发现405 ℃保温10 min的薄膜有较好的结构和综合性能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究意义 2
1.3硒化锑薄膜太阳电池简介 3
1.3.1 硒化锑薄膜的特点 3
1.3.2 国内外研究现状 3
1.4 硒化锑薄膜研究方式 4
第二章 实验过程及方法 5
2.1 实验试剂及设备 5
2.1.1实验试剂 5
2.1.2 实验设备 5
2.2 溅射制备预置层后硒化制备Sb2Se3薄膜 5
2.2.1 仪器清洗 5
2.2.2 磁控溅射制备Sb薄膜预置层 6
2.2.3 硒化退火制备Sb2Se3薄膜 7
2.3 Sb2Se3薄膜光电性能测试及其原理 8
2.3.1 X射线衍射仪（XRD） 8
2.3.2扫描电子显微镜（SEM） 9
2.3.3能谱分析仪（EDS） 10
2.3.4紫外可见分光光度计 10
2.3.5持续光电导测量系统 10
第三章 不同硒化温度对Sb2Se3薄膜的影响 12
3.1 锑膜的制备 12
3.2 不同Se化温度对Sb2Se3性能的影响 12
3.2.1 X射线衍射仪（XRD *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
）分析 12
3.2.2 扫描电子显微镜（SEM）分析 13
3.2.3 能谱分析仪（EDS）分析 14
3.2.4 紫外可见分光光度计分析 14
3.2.5 光电导分析 15
第四章 不同保温时间对Sb2Se3的影响 17
4.1 XRD分析 17
4.2 EDS分析 17
4.3 SEM分析 18
4.4紫外可见分光光度计分析 19
4.5光电导分析 19
第五章 结论与展望 21
5.1 实验结论 21
5.2 实验展望 21
参考文献 22
致谢 23
第一章 绪论
1.1课题研究背景
步入21世纪，人类面临煤炭、石油资源短缺以及环境恶化。据American Petroleum Institute的估计,剩余储量原油已不足两万亿桶,以每年开采原油的速度计算，可供人类开采不超过95年的时间[]。值得注意的是，国际石油价格高涨不跌，对于大批量进口石油的国家增加了高额成本。在21世纪中叶，全世界的经济发展不再是以石油为基础了，更趋向于煤炭。预计再过200多年，以煤炭为首的这些不可再生的传统能源将被消耗殆尽。各国为了应对愈演愈烈的资源短缺，能源枯竭，开展起开源节流的政策。一方面降低使用不可再生能源的比例，节约资源；一方面增加使用新能源的比例，研究它的应用技术。
新能源，就是不同于石油这类污染大且无法再生的资源，而太阳能就是其中一种，太阳能具备着循环再生，环境友好的优点。未来新能源将逐步取代传统能源成为主导能源，而太阳能是一种总量最丰富的新能源。据了解，太阳现在产生的能量可以供给几十亿年，如果人类系统地加以利用，将不存在能源短缺。我国是面积第三大国，太阳光照极其多，大西北高原地区光照条件最优。西北地区海拔高，水汽少，云层薄，太阳辐射强烈，使其成为我国太阳能最为丰富的地区[]。与此同时西北经济不发达、电力传送较为困难，在西北当地发展太阳能可以最大限度解决地区的电力传送困难的问题。
太阳电池就是最直接利用太阳能形式之一。所谓太阳电池，就是一种能够将光直接转换成电能的半导体器件，它就是利用半导体具有的光生伏特效应进行工作[]。它的过程大致可以分为两块。一是能量转化过程，二是电压产生过程。第一个过程中，是光能转电能的转化；在电压产生过程，由于有了电位差就会有电动势产生，通过加入电极，导线等组成封闭回路就有了电流。
光生伏特效应的原理：垂直入射一束光在半导体pn结表面，当Ehv
由于光生少子的扩散运动，在原内建电场形成一个方向相反的新电场，方向由N指向P。这样由于电场方向相反，相互作用，将原有内建电场作用抵消。P区内含有空穴和光生空穴，N区含有电子和光生电子，使得P型半导体带正电，N型是负电。由于电位差产生光生电动势，组成封闭回路会形成光生电流，串联上用电器可以正常使用，这是将光能变为电能的过程，也是太阳电池工作的基本原理。
对太阳能电池进行多年研究后，更新换代三次。第三代电池在原有优点廉价，耗材少上，继续发展其高效的优点。当然，继续提升光电转化效率仍然是一大难题，还需为之探索。
1.2课题研究意义
薄膜太阳电池是太阳电池一种，如今全世界大力发展，这得益于它耗材很少，没有污染，成本很低的优点。
我国发展薄膜电池也比较早，早在“七五”计划间，政策资金扶持薄膜太阳电池发展。步入现代，在国家支持的“863”、“973”等计划下，又进一步为发展薄膜太阳电池提供帮扶。
我国的的薄膜太阳电池主要有五种类型，分别为硅基（Si）薄膜太阳电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池、碲化镉（CdTe）薄膜太阳电池、砷化镓薄膜（GaAs）太阳电池以及染料敏化薄膜太阳电池[]。
在硅材料持续紧张的背景下,薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点[]。最近十几年里，化合物形式的薄膜太阳电池成为薄膜太阳电池届的“新宠”。如今化合物型的薄膜太阳电池应用较广的是碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池和铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池。CdTe太阳电池实验室效率记录为21.0%,有很强的市场竞争力,但Cd有剧毒且Te资源非常稀缺,难以大范围应用；而CIGS太阳电池的光电转换效率突破21.7%,超过多晶硅电池效率记录(20.4%);但原材料In与Ga价格昂贵, 生产工艺复杂, 产品良率有待提高；近几年兴起的铜锌锡硫硒(CZTSSe)太阳电池和CH3NH3PbI3等电池均为多相化合物，且含有有害元素[]。这使得人们开始寻求一种全新的无毒，价格低廉或者含量丰富的新型化合物薄膜电池。硒化锑薄膜太阳电池的优势在于无污染、低耗能、广应用和低成本，同时还具有优异的光电等性质。其禁带宽度（1.15eV）与硅的带隙（1.12eV）非常接近，对短波可见光的吸收系数>105 cm–1，单结电池的理论光电转换效率达到30%以上，是优良的光伏材料[]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究意义 2
1.3硒化锑薄膜太阳电池简介 3
1.3.1 硒化锑薄膜的特点 3
1.3.2 国内外研究现状 3
1.4 硒化锑薄膜研究方式 4
第二章 实验过程及方法 5
2.1 实验试剂及设备 5
2.1.1实验试剂 5
2.1.2 实验设备 5
2.2 溅射制备预置层后硒化制备Sb2Se3薄膜 5
2.2.1 仪器清洗 5
2.2.2 磁控溅射制备Sb薄膜预置层 6
2.2.3 硒化退火制备Sb2Se3薄膜 7
2.3 Sb2Se3薄膜光电性能测试及其原理 8
2.3.1 X射线衍射仪（XRD） 8
2.3.2扫描电子显微镜（SEM） 9
2.3.3能谱分析仪（EDS） 10
2.3.4紫外可见分光光度计 10
2.3.5持续光电导测量系统 10
第三章 不同硒化温度对Sb2Se3薄膜的影响 12
3.1 锑膜的制备 12
3.2 不同Se化温度对Sb2Se3性能的影响 12
3.2.1 X射线衍射仪（XRD *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
）分析 12
3.2.2 扫描电子显微镜（SEM）分析 13
3.2.3 能谱分析仪（EDS）分析 14
3.2.4 紫外可见分光光度计分析 14
3.2.5 光电导分析 15
第四章 不同保温时间对Sb2Se3的影响 17
4.1 XRD分析 17
4.2 EDS分析 17
4.3 SEM分析 18
4.4紫外可见分光光度计分析 19
4.5光电导分析 19
第五章 结论与展望 21
5.1 实验结论 21
5.2 实验展望 21
参考文献 22
致谢 23
第一章 绪论
1.1课题研究背景
步入21世纪，人类面临煤炭、石油资源短缺以及环境恶化。据American Petroleum Institute的估计,剩余储量原油已不足两万亿桶,以每年开采原油的速度计算，可供人类开采不超过95年的时间[]。值得注意的是，国际石油价格高涨不跌，对于大批量进口石油的国家增加了高额成本。在21世纪中叶，全世界的经济发展不再是以石油为基础了，更趋向于煤炭。预计再过200多年，以煤炭为首的这些不可再生的传统能源将被消耗殆尽。各国为了应对愈演愈烈的资源短缺，能源枯竭，开展起开源节流的政策。一方面降低使用不可再生能源的比例，节约资源；一方面增加使用新能源的比例，研究它的应用技术。
新能源，就是不同于石油这类污染大且无法再生的资源，而太阳能就是其中一种，太阳能具备着循环再生，环境友好的优点。未来新能源将逐步取代传统能源成为主导能源，而太阳能是一种总量最丰富的新能源。据了解，太阳现在产生的能量可以供给几十亿年，如果人类系统地加以利用，将不存在能源短缺。我国是面积第三大国，太阳光照极其多，大西北高原地区光照条件最优。西北地区海拔高，水汽少，云层薄，太阳辐射强烈，使其成为我国太阳能最为丰富的地区[]。与此同时西北经济不发达、电力传送较为困难，在西北当地发展太阳能可以最大限度解决地区的电力传送困难的问题。
太阳电池就是最直接利用太阳能形式之一。所谓太阳电池，就是一种能够将光直接转换成电能的半导体器件，它就是利用半导体具有的光生伏特效应进行工作[]。它的过程大致可以分为两块。一是能量转化过程，二是电压产生过程。第一个过程中，是光能转电能的转化；在电压产生过程，由于有了电位差就会有电动势产生，通过加入电极，导线等组成封闭回路就有了电流。
光生伏特效应的原理：垂直入射一束光在半导体pn结表面，当Ehv
由于光生少子的扩散运动，在原内建电场形成一个方向相反的新电场，方向由N指向P。这样由于电场方向相反，相互作用，将原有内建电场作用抵消。P区内含有空穴和光生空穴，N区含有电子和光生电子，使得P型半导体带正电，N型是负电。由于电位差产生光生电动势，组成封闭回路会形成光生电流，串联上用电器可以正常使用，这是将光能变为电能的过程，也是太阳电池工作的基本原理。
对太阳能电池进行多年研究后，更新换代三次。第三代电池在原有优点廉价，耗材少上，继续发展其高效的优点。当然，继续提升光电转化效率仍然是一大难题，还需为之探索。
1.2课题研究意义
薄膜太阳电池是太阳电池一种，如今全世界大力发展，这得益于它耗材很少，没有污染，成本很低的优点。
我国发展薄膜电池也比较早，早在“七五”计划间，政策资金扶持薄膜太阳电池发展。步入现代，在国家支持的“863”、“973”等计划下，又进一步为发展薄膜太阳电池提供帮扶。
我国的的薄膜太阳电池主要有五种类型，分别为硅基（Si）薄膜太阳电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池、碲化镉（CdTe）薄膜太阳电池、砷化镓薄膜（GaAs）太阳电池以及染料敏化薄膜太阳电池[]。
在硅材料持续紧张的背景下,薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点[]。最近十几年里，化合物形式的薄膜太阳电池成为薄膜太阳电池届的“新宠”。如今化合物型的薄膜太阳电池应用较广的是碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池和铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池。CdTe太阳电池实验室效率记录为21.0%,有很强的市场竞争力,但Cd有剧毒且Te资源非常稀缺,难以大范围应用；而CIGS太阳电池的光电转换效率突破21.7%,超过多晶硅电池效率记录(20.4%);但原材料In与Ga价格昂贵, 生产工艺复杂, 产品良率有待提高；近几年兴起的铜锌锡硫硒(CZTSSe)太阳电池和CH3NH3PbI3等电池均为多相化合物，且含有有害元素[]。这使得人们开始寻求一种全新的无毒，价格低廉或者含量丰富的新型化合物薄膜电池。硒化锑薄膜太阳电池的优势在于无污染、低耗能、广应用和低成本，同时还具有优异的光电等性质。其禁带宽度（1.15eV）与硅的带隙（1.12eV）非常接近，对短波可见光的吸收系数>105 cm–1，单结电池的理论光电转换效率达到30%以上，是优良的光伏材料[]。
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