《高效硒化銻薄膜太陽能電池研究》是依託華中科技大學，由唐江擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：高效硒化銻薄膜太陽能電池研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：唐江
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
硒化銻（Sb2Se3）是一種二元單相化合物，原料儲量大毒性低價格便宜；同時其禁頻寬度合適（1.2 eV），吸光係數大＞1E5 cm-1、長晶溫度低，非常適合製作新型低成本低毒的薄膜太陽能電池，理論光電轉換效率可達30%以上。本課題組在國際上率先開展硒化銻薄膜太陽能電池研究，已經利用真空蒸發法製備出Newport認證的光電轉換效率為5.6%的硒化銻電池，且器件穩定性良好。本申請擬利用前期研究基礎，從高質量薄膜製備、摻雜與界面鈍化和取向控制、器件結構和界面最佳化等方面深入系統地開展硒化銻薄膜太陽能電池研究，實現10%的認證器件效率，爭創材料體系的源頭創新。
結題摘要
本項目為“面向能源的光電轉換材料”重大研究計畫培育項目，核心目標為高效硒化銻（Sb2Se3）薄膜太陽能電池研究。圍繞新型硒化銻薄膜太陽能電池這一全新體系，本項目從以下三方面開展工作並取得了如下成果：1.系統研究了Sb2Se3的材料性質、電池結構和製備工藝。表征了Sb2Se3的基本物性如禁頻寬度與溫度關係、各向異性遷移率、少子壽命等；研究和最佳化了Sb2Se3薄膜的溶液和真空製備工藝、底襯和頂襯器件結構；研究了Sb2Se3薄膜合金組分調節、本徵缺陷調控和異質摻雜。2.突破取向控制瓶頸製備高效CdS/Sb2Se3光伏電池。利用普通管式爐，通過緩衝層表面處理和基底溫度調控，實現了c軸取向的高質量硒化銻薄膜的快速(30s)製備，同時解決Sb2Se3薄膜機械附著、電荷傳輸和晶界鈍化三大核心瓶頸，發現一維帶狀晶體材料取向合適時晶界本徵惰性的物理新特性，最終獲得了認證效率達7.6%的光伏電池。（3）無毒且穩定性優異的Sb2Se3太陽能電池。發展了水溶液噴塗製備ZnO、TiO2等緩衝層工藝，獲得了極性(100)晶面暴露的ZnO基底並誘導c軸取向的Sb2Se3薄膜生長，獲得了認證效率達5.93%且穩定性滿足IEC61646工業標準的全無毒ZnO/Sb2Se3電池。項目研究期間發表與硒化銻薄膜太陽能電池直接相關的通訊作者文章18篇，包括1篇Nature Photonics，1篇Nature Energy；出站2位博士後，畢業11位博碩士生；申請硒化銻電池相關中國發明專利6項，授權3項；受邀在包括美國材料學會年會（MRS）、Golden research conference，中國半導體物理年會和中國光伏年會等國內外會議上做硒化銻電池研究進展邀請報告27次。硒化銻電池相關工作被麻省理工學院Prof. T. Buonassisi在Nat. Photonics的News & Views上專題評論為“為高效薄膜太陽能電池帶來了新機會”；被美國材料學會和物理學會會士Dr. S. Guha在《Nature Energy》的News & Views上專題評論 “是一個里程碑式進展”。英國利物浦大學、韓國先進技術研究院、中國科大、河北大學等也跟進硒化銻薄膜電池研究，說明我們基本在國際上開闢和引領了一類新型薄膜太陽能電池體系，較好地完成了此培育項目。
