CTS和CZTS薄膜太陽(yáng)能電池的水浴法制備與性能研究.pdf

1、目前，為了滿足社會(huì)對(duì)能源的熱切需求，新興能源逐漸興起，其中光伏發(fā)電技術(shù)尤為引人注目。在發(fā)展中的新型化合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域內(nèi)，銅基太陽(yáng)能電池得到了廣泛的研究，例如銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池、銅鋅錫硫(CZTS)薄膜太陽(yáng)能電池等。目前銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò)了21％，CZTSSe薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也已超過(guò)了12.6％。然而，多元化合物可控制備困難與高昂的生產(chǎn)制備成本居高不下，直接限制了該類電池的市場(chǎng)化進(jìn)程

2、，目前市場(chǎng)化的太陽(yáng)能電池依然是以硅基太陽(yáng)能電池為主。本文主要是基于如何制備低成本高效率銅基薄膜太陽(yáng)能電池這一問(wèn)題出發(fā)，制備研究分析了基于一種非真空低溫化學(xué)水浴的方法制備銅錫硫(CTS)和CZTS薄膜太陽(yáng)能電池。
　　第一章，詳細(xì)回顧了太陽(yáng)電池的原理、歷史、發(fā)展現(xiàn)狀;特別說(shuō)明了基于CTS和CZTS薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問(wèn)題;最后提出本文的研究課題和主要研究?jī)?nèi)容。
　　第二章，介紹了化學(xué)水浴法的原理、歷史，詳細(xì)地介紹了C

3、BD法成膜機(jī)制;同時(shí)舉例CBD-ZnS薄膜介紹影響在CBD法中的各類成膜因素;最后一節(jié)介紹了一種基于輔助還原法(ARR)制備金屬單質(zhì)薄膜的CBD新方法，成功制備出Cu金屬單質(zhì)薄膜，打破了CBD法原有只能制備金屬化合物薄膜的范疇;
　　第三章，利用CBD疊層法成功制備CTS薄膜及其電池器件。研究分析了基于疊層結(jié)構(gòu)Mo/SnS/Cu制備的CTS薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌特征、元素組成信息、以及薄膜的光學(xué)性質(zhì)。此外，還對(duì)不同退火溫度下制備的電池器

4、件性能進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的增加，晶粒尺寸的增加直接影響到最后電池器件的電流密度Jsc，呈現(xiàn)線性增加的方式。得到基于600℃-10min退火條件下CTS(Cu/Sn～1.68)薄膜太陽(yáng)能電池器件最高的光電轉(zhuǎn)換效率接近1％。
　　第四章，這一章介紹了兩部分工作內(nèi)容:①利用CBD-SnS/Cu/ZnS疊層結(jié)構(gòu)前驅(qū)膜硫化硒化退火制備出CZTS(Se)薄膜，并同時(shí)得到基于CZTSSe和CZTS薄膜太陽(yáng)能電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率分別為3.

5、0％(1.27cm2)和2.2％(1.80cm2)，后在改善前驅(qū)膜形貌與組分的基礎(chǔ)上嘗試制備大面積太陽(yáng)能電池器件(CZTSSe)，總活性面積3.238cm2，平均光電效率達(dá)4.378％，其中最高光電效率達(dá)5.6％;②深入研究分析不同Cu源（Cu和CuS）在疊層結(jié)構(gòu)中的影響，發(fā)現(xiàn)，疊層SnS/CuS/ZnS制備存在前驅(qū)膜開裂、后退火存在SnS2二次相等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了最后CZTS薄膜太陽(yáng)能電池器件的光電性能，本研究采用在退火中額外添加Sn