四元硫屬化合物薄膜的制備及其光電性能研究.pdf

1、Cu(In，Ga)Se2(CIGS)材料具有效率高，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，是薄膜光伏材料的重要組成部分。但是In和Ga是稀有金屬，限制了CIGS電池的大規(guī)模應用。由CIGS發(fā)展出來的四元硫屬半導體化合物Cu2ZnSnS4(CZTS)和Cu2ZnSnSe4(CZTSe)具有組成元素豐富、環(huán)境友好，禁帶寬度與單階太陽能電池的禁帶寬度相接近，吸收系數(shù)高(＞104cm-1)等優(yōu)點，是理想的太陽能電池材料。
　　目前在制備CZTS和CZTSe時利

2、用物理法可以制備出相對致密的薄膜，但是制備成本高，制備時需要用到高真空等苛刻條件。利用化學方法可以大幅降低成本，元素比例可控，但是也存在著要使用到有毒溶劑，需要去除長鏈有機配體等缺點。所以我們嘗試使用低毒、短鏈溶劑，采用一種簡單高效同時對環(huán)境友好的原位合成方法來制備CZTS和CZTSe。最后再根據(jù)制備出的CZTS薄膜和CZTSe薄膜的特點分別將其應用到薄膜電池和染料敏化電池中。
　　本論文的主要工作包括以下幾個部分:
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3、.我們利用短鏈的丁胺和乙醇作為溶劑配制CZTS前驅體溶液。然后通過旋轉涂膜我們可以制備厚度可控的純相CZTS薄膜，在旋轉涂膜七層之后CZTS薄膜的厚度即可達到1.5μm。CZTS在進行硒化處理后會有部分的S元素被Se元素取代，從而引起XRD衍射峰的偏移和拉曼峰的改變。通過研究控制退火溫度對薄膜結晶性的影響，發(fā)現(xiàn)高溫有利于提高結晶性。延長反應時間，硒化程度加深，會進一步改善薄膜的結晶。在550℃下硒化30分鐘后我們制備出了由大的結晶顆粒組

4、成的CZTS薄膜。通過對硒化時間的控制還可以有效調節(jié)CZTS薄膜的禁帶寬度。
　　2.我們嘗試用純相的CZTS薄膜進行了具有glass/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/Al結構的太陽能電池器件的組裝。對電池的緩沖層和窗口層分別進行了簡單研究。最終我們組裝完成了有效面積為0.39cm2的電池，并進行了性能測試。測試結果表明電池效率較低，并對效率不高的原因進行了分析。
　　3.我們進一步簡化合成方法，只使用二甲基亞砜

5、一種溶劑來制備CZTSe前驅體溶液。根據(jù)溶劑粘結性不好的特點，在制備薄膜時采用滴涂的方法。結果表明CZTSe薄膜具有疏松多孔結構，具有較大的比表面積，適于作為染料敏化電池的對電極使用。
　　4.我們通過控制前驅體溶液的濃度原位合成并制備了厚度不同的CZTSe薄膜，并將其作為對電極應用在染料敏化電池上面。當厚度為1.2μm的CZTSe薄膜作為對電極組裝的染料敏化電池的最高效率為7.82％，可以與傳統(tǒng)的Pt相媲美。隨著CZTSe薄膜厚