Cu2ZnSnS4/Bi2FeCrO6半导体异质结的脉冲激光沉积法制备及其光电性能
2021-07-08夏丰金董红周沙震宗贾瑞彬
王 杰,马 帅,夏丰金,,董红周,沙震宗,贾瑞彬
(1 青岛科技大学 材料科学与工程学院,山东 青岛 266042;2 青岛科技大学 数理学院,山东 青岛 266061)
Cu2ZnSnS4属于P型半导体材料,其组分在地壳中储量巨大,成本低廉且无污染;对可见光的吸收系数高达104cm-1,带隙(Eg)在1.3 eV至 1.5 eV范围内可调节,且理论光电转换效率(PCE)可达32.2%[1]。现阶段制备CZTS薄膜通常采用真空法(例如热蒸发法[2]、磁控溅射法[3])和非真空法(例如电化学沉积法[4]、溶胶凝胶法[5]),这些传统方法的缺点在于制备过程复杂、薄膜的多元组分不易精准控制。目前已报道的CZTS薄膜太阳能电池PCE最高约12.6%[6],但由于材料是采用溶液法制备的,薄膜形貌并非最优化,因此有望通过探索新的制备方法提高膜的致密性和元素配比的准确度,从而进一步提升材料的光电性能。
Bi2FeCrO6是一种具有双钙钛矿结构的无机氧化物钙钛矿材料。研究证明,通过合理调控BFCO中Fe-Cr阳离子对的无序程度,可将其禁带宽度调控至适合可见光的吸收范围;单层BFCO薄膜太阳能电池PCE达到3.3%[7]。此外,铋基无机钙钛矿材料具备良好的铁电性和铁磁性[8-10],因此BFCO在半导体功能器件领域具有较大的应用价值。实验制备BFCO薄膜多采用溶胶凝胶旋涂法[11-13]。2014年,Nechache等采用PLD技术,通过调整激光频率原位沉积了多层BFCO薄膜,所得BFCO光伏器件PCE达到8.1%[7]。虽然该器件与当前有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电性能相比还存在较大差距(2020年美国NREL最新认证的杂化钙钛矿太阳能电池的最高效率为25.2%),但从实验角度验证了PLD技术在多元化合物薄膜制备方面的优势。……
