英语原文共 14 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
太阳能电池SnS量子点的制备：封盖和掺杂问题
出版版本（APA）引用：
Rath, J. K., Prastani, C., Nanu, D. E., Nanu, M., Schropp, R. E. I., Vetushka, A., ... Fejfar, A. (2014). Fabrication of SnS quantum dots for solar cell applications: issues of capping and doping. Physica Status Solidi A : Applications and material science, 251(7), 1309-1321. DOI: 10.1002/pssb.201350377
DOI:10.1002/pssb.201350377
文件状态和日期：发布日期：2014年1月1日
J. K. Rath*,1, C. Prastani1, D. E. Nanu2, M. Nanu2, R. E. I. Schropp3,4, A. Vetushka5, M. Hyacute;vl5, and A. Fejfar5
1Debye Institute for Nanomaterials Science – Physics of Devices, Utrecht University, Faculty of Science, High Tech Campus 21, 5656 AE Eindhoven, The Netherlands
2Thin Film Factory, Foeke Sjoerdwei 3, 8914 BH Leeuwarden, The Netherlands
3Energy research Center of the Netherlands (ECN), Solar Energy, High Tech Campus 21, 5656 AE Eindhoven, The Netherlands
4Eindhoven University of Technology (TU/e), Department of Applied Physics, Plasma amp; Materials Processing, P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands
5Laboratory of Nanostructures and Nanomaterials, Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Czech Republic
2013年12月4日收到，2014年4月21日修订，2014年5月19日收到
2014年7月4日在线发布
关键词：硫系化合物；化学镀；核壳粒子；量子点；太阳能电池；硫化锡
通讯作者：e-mailj.k.rath@uu.nl；电话: 31-30-2532961；传真: 31-30-2543165
本文以SnS粒子的研究为背景，综述了SnS粒子的结构、光学、电子特性和器件性能。为了进一步提高低成本硫系太阳能电池的性能，我们建议采用第三代太阳能电池制造方案，
将ate带隙层集成到顺式太阳能电池中来提高其电流产生和传输效率。为此研制了SnS量子点（QD）嵌入硫化铟（In2S3）层。我们说明了如何对量子点表面进行缺陷钝化和保护其不受环境影响，以及粒子的掺杂性质。
Jatindra Kumar Rath博士
2000年任荷兰乌得勒支大学德拜纳米材料科学研究所终身助理教授，在薄膜硅材料和太阳能电池领域拥有超过25年的经验，在国际期刊和会议纪要上发表论文220多篇。他曾指导过许多荷兰国家薄膜太阳能电池研究项目。他的主要研究方向是利用原位等离子体和生长诊断工具，利用超高频PECVD技术制备纳米硅和量子点等先进材料、瞬态和尘埃等离子体、多结和异质结太阳能电池、基于纳米和微结构廉价塑料的太阳能电池、量子点和中间带gap太阳能电池，上转换太阳能电池，光捕获，透明导电氧化物。他目前在乌得勒支大学埃因霍温高科技园区实验室。
Caterina Prastani
于2010年获得意大利卡塔尼亚大学物理硕士学位。她在IMEC（比利时）攻读硕士，致力于体硅太阳能电池中电活性缺陷的表征的研究。后来她加入了由Ruud Schropp教授和Jatin Rath博士领导的乌得勒支大学纳米光子学小组，攻读博士研究中间带顺式太阳能电池。
Ruud Schropp
于1983年在乌得勒支大学获得实验物理硕士学位，1987年在格罗宁根大学获得数学和自然科学博士学位。之后在美国科罗拉多州的设备制造商Glasstech Solar，Inc.从事太阳能电池的研发工作。1989年，他加入乌得勒支大学，2000年，他被任命为“设备物理学”的正式教授。2004年，他成为表面、界面和设备部门主管，2008年成为纳米光子学部门主管。2012年，他加入了荷兰能源研究中心（ECN），同时在埃因霍温理工大学（Eindhoven University of Technology）担任薄膜光伏教授。他撰写/合著了500多篇论文（372篇同行评议）和12项专利。目前，他的研究方向是c-Si异质结、用于光伏的下一代薄膜（纳米结构）、等离子体增强光耦合、纳米光子学和光子转换、用于太阳能电池的三维纳米结构（如量子点和纳米线/纳米棒）。
1 导入
在薄膜光伏器件中，二硫化铜铟镓（CIGS）的拥有最高的效率，在实验室中CuInGaSe2电池可以达到20.8%的光电转换效率[1]。非接触技术可能是开发低成本的硫化太阳能电池的一个有效答案。用油墨沉积的Cu（InxGa1x）Se2纳米晶层制作的光伏器件的功率转换效率达到了7%以上[2]。另一方面，铜铟硫（CIS）基器件显示出良好的前景，文献[3]中报道了其效率超过11%。CIS的优点是可以使用低温、化学方法和非针状沉积工艺，这将减少太阳能电池生产的成本。量子点（QD）是克服单结太阳能电池31%的Shockley-Queisser效率极限的一种可能的解决方案[4]。为了进一步提高硫系太阳能电池的性能，我们建议采用第三代太阳能电池的制造方案，在该方案中，中间带隙层可以并入太阳能电池来提高发电量和转换效率。为此，一种锡硫化物（SnS）量子点嵌入铟硫化物（In2S3）层正在被开发，这些层复合的目的有两个：电池可以充当QD中间带隙（IBC）CIS太阳能电池或多带隙太阳能电池。
然而，SnS也能够作为太阳能电池的硫系吸收体材料，这是为了解决CIGS型太阳能电池材料限制带来的问题，因为碲、铟和镓材料稀有且昂贵，无法满足大量生产的需求。铜锌硫化锡（CZTS）电池的效率已经达到11%了，而且通过非针灸技术[5]，将进一步改善。SnS作为CZTS的一个组成成分，也是一种简单的替代方案。Sn含量丰富，对环境友好，价格低廉，资源也相当丰富，硫在地壳中占百万分之二，这些都是可持续能源供应的必要条件。
图1 硫化锡各相的结构图[13]
本文讨论了SnS纳米颗粒（NPs）的合成，并对其性能进行了研究，目的是将其应用于上述任何一种太阳能电池之中。
SnS的结晶优先为正交晶系的herzenbergite结构。正交SnS在性质上是两性的（如CdTe和CIGS），具有接近最佳的直接能隙约1.35eV，高空穴迁移率（据报道为90cm2V-1s-1），无毒，对环境相对惰性，吸收系数大于104cm-1[7–9]，也有报道[100]间接能隙在1.07eV。模拟研究证实，这种材料具有间接带隙E=1.11eV和直接带隙E=1.39eV[10]。这些材料本质上是p型[11]，因为存在锡空穴和反应后的缺陷，SnV（Sn） 2hbull; Sn（s）。
报告还提及了粒子和薄膜中的ZB（闪锌）SnS，这种SnS可以与太阳能电池中的ZB-CdS形成一个干净的界面。它们具有一个直接带隙和较高的光吸收系数。尽管模拟的结果预测ZB-SnS具有热力学不稳定性和动力学不稳定性，但根据有关ZB-SnS微粒的合成和薄膜制备的报告表明，制备这些材料在理论技术上是可行的。除此之外，SnS还有另外两种结构：岩盐晶系和高温正交晶系（图1）。
硫化锡可以以不同的形式存在，例如SnS、SnS2和Sn2S3等[13]。SnS2具有n型的特性，间接带隙为2.36eV。在未优化的沉积条件下，SnS材料中的SnS2和Sn2S3等其它相的存在存在带隙向更高能量转变的趋势。本文将首先介绍SnS材料及其器件应用的现状，说明研究的目的，然后再介绍研究的结果，希望能引起读者对SnS/in233核壳NPs在太阳能电池应用中潜力的注意。
2．SnS状态报告
2.1 SnS硫化锡材料的合成
硫化锡材料的合成可通过布里奇曼法[14，15]和化学气相传输法[16]，材料将以单晶形式生长出来，在光电探测器中也已经实现了带状晶体SnS的制造，但是低成本的光伏应用需要的是薄膜形式的SnS。薄膜形式的SnS将在下一节中有集中讨论。
2.1.1 SnS薄膜
薄膜可以通过真空和非真空两种方法沉积而成。制备技术包括喷雾热解[17]、热蒸发[18–20]、化学气相沉积（CVD）[21]化学浴沉积（CBD）[22–25]、脉冲CVD[26]、热壁真空沉积（HWDD）[27]、原子层沉积（ALD）[28，29]、电沉积[30–32]、锡膜硫化[33–35]、固态多层膜合成[36]、连续离子层吸附和反应（硅烷）（即基底在阳离子和阴离子前体中多次浸渍） [37，38]、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）[39]、射频溅射[101]和溶剂热路线[40]。采用两步法制备SnS层，方法是将锡溅射到具有蚀刻涂层玻璃基板上，然后在氩气5%H2S环境中退火，温度范围为300-450。C[41]。目前，还无法断定哪种方法提供的SnS质量最好，一方面使用液体化学路线（CBD[22-25]、电沉积[30-32]、硅烷[37，38]和溶剂热路线[40]）的方法的优点在于无须要价格昂贵的真空室和泵以及低温制造（lt;100摄氏度）的成本。这些化学路线适用于扩大生产和工业制造。另一方面，对于复杂的纳米结构，如纳米棒、ALD和脉冲CVD，也可以采用共形生长。而且纳米结构也可以直接用各种尺寸（0D、1D或2D）的自组SnS制成，如下一节所叙述的。
2.1.2 各种形态的SnS
近几年来，人们研发了许多方法来制备各种形态的SnS，包括SnS纳米棒和纳米片[42，43]、纳米片[44]、树枝状结构[45]、模板合成的纳米多孔SnS框架[46]、纳米盘[47]、纳米花[48]、纳米带[49]，激光烧蚀的富勒烯样核动力源[50]和纳米线[51]。通过改变反应的条件，可以在相同的沉积条件下控制产物的结构和形状[52，53]。这些复杂结构在不同方向生长的机理还不清楚，需要深入研究。目前还不清楚这些结构是否在设备中有任何应用。可以肯定的是，量子点型结构是非常理想的，因为已经提出了在太阳能电池器件结构中使用它们的各种方案。因此，对其生长机理的综合和认识更为人们所关注。下一节将回顾迄今为止报道的SnS QDs。
2.1.3 SnS量子点
一个有趣的SnS结构是量子点[54]。用硅烷（1.4nm，1.32eV[38，58]和胶体溶液生长[54，59–62]。研究指出了亚10纳米SnS纳米晶体在可见光区（400-800nm）具有很强的吸收（gt;105cm-1），粒子确实显示出量子限制效应[63]。量子点大小（4nm）的正交SnS粒子与乙醇胺（EA）配体具有良好的单分散性[54]。这些纳米粒是在乙二醇中存在EA的情况下，用SnBr2和Na2S前体溶液生长而成。所有这些研究都表明，对于制造量子点，溶液生长是最可行的方法，参数变化的简单性使得能够控制量子点的生长，因此在本研究中我们选择了胶体路线来制备SnS量子点。值得注意的是，SnS2纳米晶也可以在沉积过程中很容易地生成[64，65]，所以需要进行适当的参数优化以获得所需类型的SnS NPs。在本研究中，我们感兴趣的是SnS量子点，而不是SnS2或任何其他形式的硫化锡。
2.2 SnS的表征方法
在本节中，我们将描述SnS的可行的表征方法以及收集的光学、结构和电特性数据。这些信息将有助于说明本研究所制备的SnS量子点的特性。进行结构研究是为了识别材料并了解
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[238070]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
