太阳电池用黄铜矿基p型透明导体薄膜的设计制备与性能研究

高性能的透明导电材料是太阳能电池的关键材料，高导电高透光的p型薄膜是新概念高效太阳能电池的核心材料，因此开发新型高性能p型透明导体迫在眉睫。针对光伏器件的应用，本项目运用"导电功能区域"和"绝缘功能区域"结构单元的概念，通过晶体结构和理论计算的设计与分析，探索新型p型含铜硫透明导体的合成方法、晶体结构和物理性能；尤其针对黄铜矿基p型透明导体薄膜的制备进行重点攻关；围绕黄铜矿基p型透明导电化合物的探索和应用展开系统性研究，理解透明导电化合物组成－微结构－性能之间的内在联系，揭示p型掺杂机理和载流子传输机制；系统探讨各种掺杂和形变对黄铜矿基p型含铜硫透明导电性能的影响，并对化合物的透明导电性能予以指导和预测，着重对成膜条件进行探讨和优化，以制备具有高稳定性和优良光电性能的p型含铜硫透明导体薄膜为目标，利用薄膜工艺试制有关原型器件，争取实现n型和p型透明导体真正达到应用化。

高性能透明导电材料是太阳能电池的关键材料，高导电高透光的p 型薄膜是新概念高效太阳能电池的核心材料，因此开发新型高性能p 型透明导体十分重要。本项目对黄铜矿基p 型透明导电化合物进行系统性研究，探讨各种掺杂和形变对黄铜矿基p 型硫化物透明导电性能的影响，着重对成膜条件进行探讨和优化，制备出具有高稳定性和优良光电性能的p 型铜基硫化物透明导体薄膜。工作开展顺利，项目进行过程中无大的调整与变动，基本完成预期目标。. 本项目取得的主要成果有：以[Cu2S2]导电功能区为核心，引入不同的透光功能区宽化带隙。在项目研究过程中，发现引入[SnMQ4] (M = Zn, Cd; Q = S, Se) 可使Seebeck系数明显提高，解决了导电率和Seebeck系数这对矛盾体，使得高导电性和高Seebeck系数在同一材料中得以实现。通过掺杂改性开发出一系列优越性能的新型p型热电材料Cu2MSnQ4。. 合成了纯相的Al位掺Cu多晶硫化物样品。掺杂后材料仍然保持宽带隙的特征（> 3.3 eV），但电学性能有本质的提高，载流子浓度可达7.3×1019 cm-3。同时，Cu取代Al位使CuS4四面体三维网络更加连续，载流子迁移率也得到明显改善，可达21.2 cm2/Vs，优于文献报道的许多Cu基p型透明导体。载流子浓度和迁移率的同步提高，使得材料的电导率得到质的飞跃，在掺杂量为8%时，室温电导率比未掺杂样品提高了近300倍，达到2.47×102 S cm-1，成为已报导的多晶电导率最高的p型透明导体材料。. 通过真空固相反应，制得纯相的Cu3-M-VI4 (M= Nb, Ta, VI= S, Se) 样品。通过漫反射光谱确定Cu3NbS4，Cu3NbSe4，Cu3TaS4，Cu3TaSe4材料的光学带隙分别为2.18eV， 2.04eV， 2.45eV和2.07eV，属于宽带隙化合物。对样品进行电学性能测试，正的 Hall系数确认了材料的 p 型导电特性；同时，Cu3NbSe4和Cu3TaSe4的室温电导率分别为4.3 S/cm和11.04 S/cm，高于许多已报导的 Cu 基 p型透明导体，是非常有前景的 p 型透明导体候选基材。