硫化條件對(duì)Cu2ZnSnS4薄膜結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能影響的研究.pdf

1、由于太陽(yáng)能來(lái)源豐富,綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最具有前景的可再生能源。太陽(yáng)能電池是一種可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的器件。在所有化合物太陽(yáng)能電池中,CIGS(Cu2InGaSe4)電池效率最高,已經(jīng)接近多晶硅電池效率。然而,CIGS薄膜太陽(yáng)電池也面臨一些問題。比如,其中的一種組成元素In是稀有元素,不僅價(jià)格昂貴而且具有毒性。導(dǎo)致其大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)受到限制。
　　Cu2ZnSnS4(CZTS)是利用Zn和Sn來(lái)取代CIGS中的In和Ga,用

2、S取代其中的Se。不僅能降低成本,而且更加環(huán)保。CZTS電池因?yàn)槠浣M成元素儲(chǔ)量豐富價(jià)格低廉,具有降低未來(lái)電池商業(yè)成本的潛在能力。
　　本文采用了硫化氫和硫粉兩種不同硫源來(lái)硫化磁控濺射制備的Zn/Sn/Cu(CZT)金屬前驅(qū)體,成功地制備了CZTS薄膜。并通過一系列表征手段來(lái)研究不同硫化溫度、不同硫化時(shí)間以及不同預(yù)處理溫度和不同預(yù)處理時(shí)間對(duì)最終制備得到的CZTS薄膜的結(jié)構(gòu)性能、表面形貌、元素比例和光學(xué)性能等的影響。
　　采用硫

3、化氫作為硫源,研究了不同硫化時(shí)間和溫度對(duì)CZTS薄膜的性能影響。發(fā)現(xiàn)所有樣品都具有(112)擇優(yōu)取向。當(dāng)硫化溫度為500℃時(shí),隨著硫化時(shí)間的增加,透射率的吸收邊逐漸向長(zhǎng)波段移動(dòng)。而光學(xué)帶隙則會(huì)隨著硫化時(shí)間的增加而逐漸降低。CZTS薄膜的表面形貌隨著硫化溫度的升高變得平整致密,但溫度過高會(huì)導(dǎo)致其晶界出現(xiàn)微裂紋。540℃下硫化2h的樣品表面晶粒最大可達(dá)2μm,且具有最佳的結(jié)晶性。各個(gè)溫度下所制備得到的CZTS薄膜在可見光范圍內(nèi)(400~80

4、0nm)的光學(xué)吸收系數(shù)都大于7×104cm-1。
　　采用硫粉作為硫源,在硫化前增加對(duì)金屬前驅(qū)體的預(yù)處理工藝,研究了不同預(yù)處理溫度和時(shí)間對(duì)CZTS薄膜性能的影響。所有薄膜都具有(112)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。預(yù)處理可以有效減少Sn元素的揮發(fā)。所有不同溫度預(yù)處理后的樣品的反射率和透射率(除200℃預(yù)處理樣品在700~850nm)均低于未預(yù)處理樣品。隨著預(yù)處理時(shí)間的增加,CZTS薄膜的光學(xué)帶隙不斷減小。
　　最后在最佳的預(yù)處理時(shí)間和溫度