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铁电半导体耦合薄膜电池中的反常载流子传输现象

帅佳丽 刘向鑫 杨彪

铁电半导体耦合薄膜电池中的反常载流子传输现象

帅佳丽, 刘向鑫, 杨彪
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  • CdS-CdTe铁电半导体耦合太阳能电池是一种新型太阳能电池, 其工作机理是光伏材料CdTe吸收光子产生的电子空穴对, 在铁电材料CdS 极化形成的内建电场作用下向两极运动, 通过前后电极引出形成电流. 本文利用原子力显微镜(AFM)进行导电AFM扫描, 得到的CdS-CdTe 铁电半导体耦合太阳能电池薄膜表面微观电流分布出现了一些反常的现象, CdTe晶粒边界处存在百纳米级别的小颗粒覆盖晶界, 晶界不导电, 大电流区域沿晶界边缘在晶粒内分布. 作为对比, 同样条件下制得的纯CdTe薄膜晶界却存在明显的导电现象. 在进行导电AFM扫描时, 分别对两组薄膜样品施加方向相反的直流偏压, 发现CdS-CdTe 铁电半导体耦合太阳能电池薄膜晶界处存在明显的压电现象, 证明CdS-CdTe 铁电半导体耦合太阳能电池薄膜中不导电晶界很有可能是具有压电性的富S的CdS1-xTex颗粒. 扫描透射电镜分析也证实了这些小颗粒为六方相富S的CdS1-xTex 合金. 同时, 经过六个月的定期测试, 发现CdS 铁电半导体耦合太阳能电池出现效率增长的异常现象, 最高电池效率已达13.2%, 该效率是目前已知的铁电光伏器件中最高的.
      通信作者: 刘向鑫, shinelu@mail.iee.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61274060)、中国科学院电工所百人计划(批准号: Y010411C41)、 中国科学院百人计划择优支持项目(批准号: Y210431C41)、中科院可再生能源高效利用创新交叉团队和国家高技术研究发展计划(批准号: 2015AA050609) 资助的课题.
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    Diana S, Victor K G 2008 Appl. Phys. Lett. 92 053507

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    Diana S, Victor K G 2008 33th IEEE Photovoltaic Specialists Conference San Diego, CA, USA, May 11-16 2008 p1

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    Liu X X 2014 High Power Conv. Technol. 3 10 (in Chinese) [刘向鑫 2014 大功率变流技术 3 10]

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    Li H M, Zhu J G, Zhuang J, Lin Y H, Wu Y P, Zhou Y 2014 Func. Mater. s1 25 (in Chinese) [李海敏, 朱建国, 庄稼, 林元华, 武元鹏, 周莹 2014 功能材料 s1 25]

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    Chen B, Li M, Liu Y W, Zuo Z H, Zhuge F, Zhan Q F, Li R W 2011 Nanotechnology 22 195201

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    Nechache R, Harnagea C, Li S, Cardenas L, Huang W, Chakrabartty J, Rosei F 2015 Nat. Photon. 9 61

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    Huang H, Liu X 2013 Appl. Phys. Lett. 102 103501

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    Li H, Liu X, Lin Y S, Yang B, Du Z M 2015 Phys. Chem. Chem. Phys. 17 11150

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    Sadewasser S, Glatzel T, Rusu M, Jger-Waldau A, Lux-Steiner M C 2002 Appl. Phys. Lett. 80 2979

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    Niles D W, Waters D, Rose D 1998 Appl. Surf. Sci. 136 221

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    Romeo N, Bosio A, Tedeschi R, Canevari V 2000 Mater. Chem. Phys. 66 201

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    Mccandless B E, Hanket G M, Jensen D G, Birkmire R W 2002 J. Vac. Sci. Technol. 20 1462

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-25
  • 修回日期:  2016-02-26
  • 刊出日期:  2016-06-05

铁电半导体耦合薄膜电池中的反常载流子传输现象

  • 1. 中国科学院电工研究所, 太阳能热利用及光伏系统重点实验室, 北京 100190
  • 通信作者: 刘向鑫, shinelu@mail.iee.ac.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61274060)、中国科学院电工所百人计划(批准号: Y010411C41)、 中国科学院百人计划择优支持项目(批准号: Y210431C41)、中科院可再生能源高效利用创新交叉团队和国家高技术研究发展计划(批准号: 2015AA050609) 资助的课题.

摘要: CdS-CdTe铁电半导体耦合太阳能电池是一种新型太阳能电池, 其工作机理是光伏材料CdTe吸收光子产生的电子空穴对, 在铁电材料CdS 极化形成的内建电场作用下向两极运动, 通过前后电极引出形成电流. 本文利用原子力显微镜(AFM)进行导电AFM扫描, 得到的CdS-CdTe 铁电半导体耦合太阳能电池薄膜表面微观电流分布出现了一些反常的现象, CdTe晶粒边界处存在百纳米级别的小颗粒覆盖晶界, 晶界不导电, 大电流区域沿晶界边缘在晶粒内分布. 作为对比, 同样条件下制得的纯CdTe薄膜晶界却存在明显的导电现象. 在进行导电AFM扫描时, 分别对两组薄膜样品施加方向相反的直流偏压, 发现CdS-CdTe 铁电半导体耦合太阳能电池薄膜晶界处存在明显的压电现象, 证明CdS-CdTe 铁电半导体耦合太阳能电池薄膜中不导电晶界很有可能是具有压电性的富S的CdS1-xTex颗粒. 扫描透射电镜分析也证实了这些小颗粒为六方相富S的CdS1-xTex 合金. 同时, 经过六个月的定期测试, 发现CdS 铁电半导体耦合太阳能电池出现效率增长的异常现象, 最高电池效率已达13.2%, 该效率是目前已知的铁电光伏器件中最高的.

English Abstract

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