兩步過(guò)程制備銅鋅錫硫(硒)薄膜及其光電性能研究.pdf

1、近年來(lái),銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池的研究工作取得了很大的進(jìn)展,其最高的效率已經(jīng)超過(guò)了20％。但是,由于Ga和In元素為稀有元素,儲(chǔ)量稀少,增加了其制作成本,限制了發(fā)展。Cu2ZnSnS4(CZTS)材料由于元素含量豐富而且無(wú)毒,并且具有與太陽(yáng)能光譜非常匹配的禁帶寬度,成為替代CIGS最理想的光伏材料之一。與此同時(shí), CZTS還被作為的對(duì)電極材料應(yīng)用于染料敏化電池中。
　　目前,制備CZTS薄膜的方法各種各樣,其中溶液法是目

2、前制備Cu2ZnSnS4薄膜最具成效的方法。然而在溶液法制備CZTS薄膜的過(guò)程中,往往用到長(zhǎng)鏈有機(jī)物或者有毒溶劑,例如油胺,肼等,對(duì)環(huán)境會(huì)造成不利的影響。并且長(zhǎng)鏈有機(jī)物在高溫硫化后會(huì)形成無(wú)定形碳層,不利于電荷的傳輸,最終會(huì)影響電池的效率。而濺射法具有污染小,薄膜的致密性高等優(yōu)點(diǎn),是制備CZTS薄膜的材料理想方法之一。同時(shí),由于CZTS為四元化合物,就增加了濺射法制備CZTS薄膜材料的工藝難度。所以,發(fā)展一種新的CZTS薄膜制備方法是非常

3、必要的。本論文中,通過(guò)一種工藝簡(jiǎn)單的濺射方法和高溫退火過(guò)程制備了CZTS薄膜材料。探討研究了將CZTS薄膜作為吸收層進(jìn)行了薄膜電池的組裝,以及作為對(duì)電極在染料敏化電池中的應(yīng)用并進(jìn)行了性能測(cè)試。本論文的工作主要包括以下幾個(gè)部分:
　　1.采用單個(gè)三元的合金靶制備了Cu-Zn-Sn(CZT)合金預(yù)置層,然后在足量的硫氣氛中進(jìn)行硫化退火,可以有效防止金屬的氧化,制備了具有鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)的Cu2ZnSnS4薄膜。在550oC退火后得到了的致

4、密性高,晶粒大的高質(zhì)量薄膜。通過(guò)XRD以及拉曼測(cè)試確定了薄膜為純相。利用相同的過(guò)程制備了純相的Cu2ZnSnSe4薄膜。證明了這種兩步過(guò)程制備CZTS薄膜是可行的,并且濺射的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。通過(guò)調(diào)節(jié)硫化和硒化的時(shí)間,達(dá)到對(duì)S/Se比例的調(diào)控,進(jìn)而對(duì)薄膜的質(zhì)量以及材料性能進(jìn)行調(diào)控。通過(guò)紫外吸收測(cè)試證明了制備的CZTS薄膜都具有可見(jiàn)光吸收。
　　2.嘗試進(jìn)行CZTS薄膜太陽(yáng)能電池的組裝。利用各種方法制備了Mo背電極、CdS緩沖層、i-Z

5、nO/Al:ZnO窗口層、Al電極。然后進(jìn)行薄膜電池的組裝,并對(duì)電池的性能進(jìn)行了I-V測(cè)試。由于沒(méi)有能夠?qū)M裝過(guò)程中的工藝的精確掌握,致使電池的性能結(jié)果并不理想。
　　3.采用了兩步過(guò)程制備了不同厚度以及S/Se比例的CZTS對(duì)電極,并進(jìn)行了染料敏化電池的組裝。然后對(duì)電池性能進(jìn)行了測(cè)試,探討了不同厚度和硒化時(shí)間對(duì)電池性能的影響。當(dāng)薄膜厚度達(dá)到600nm,硒化時(shí)間為80min時(shí),得到的效率達(dá)到最高為8.42%,甚至超越了在同等條件下