銅鋅錫硒薄膜太陽能電池研究.pdf

1、Cu2ZnSnSe4半導體材料作為一種新型的薄膜太陽能電池的吸收層,因其是一種直接帶隙寬度為1.0eV、光吸收系數(shù)大于104cm-1和具有優(yōu)良的光電效應的P型材料而被廣泛的研究。近幾年來Cu2ZnSnSe4薄膜太陽能電池發(fā)展迅速,目前已達到10.1％的光電轉(zhuǎn)換效率,為了減少銅鋅錫硒薄膜太陽能電池的生成成本,需要開發(fā)一種非真空的薄膜制備方法。電化學沉積法、化學浴法和溶膠凝膠法都是一種基于溶液體系的非真空制備方法,因其具有成本低廉、環(huán)境友好

2、、操作簡單、成分可控和可大面積沉積等優(yōu)點而有良好的應用前景。然而在襯底上一步電化學沉積和溶膠凝膠多種元素制備預制膜的時候還存在很多問題,因此必須調(diào)節(jié)電解液中的溶液配比和pH以使預制膜中的成分符合化學計量比。太陽能電池由背接觸層、吸收層、緩沖層、窗口層和Ni/Al電極組成,本文以Cu2ZnSnSe4半導體材料作為太陽能電池的吸收層制備銅鋅錫硒薄膜太陽能電池。為此本論文的主要研究工作如下:
　　(1)采用直流磁控濺射法制備電池的背接觸

3、層Mo層,在9.0×10-4Pa的真空環(huán)境下通入氬氣至1.1Pa,功率30W濺射9分鐘;接著調(diào)節(jié)氣壓為0.5Pa,功率90W濺射8分鐘制備的雙層Mo結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)、附著力和導電性能優(yōu)良。
　　(2)研究一步電沉積Cu-Zn-Sn-Se預制膜再硒化制備Cu2ZnSnSe4薄膜材料的方法。通過配制了7種不同濃度和pH值的電解液來沉積Cu2ZnSnSe4,研究發(fā)現(xiàn)當電解液中Cu:Zn:Sn:Se=3:70:20:3,pH為1.6時沉積的預

4、制膜經(jīng)過550度硒氣氛下硒化得到符合化學計量比、無雜相的鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)的Cu2ZnSnSe4薄膜。研究了不同配比制備的樣品中的雜相,從而初步確定Cu2ZnSnSe4薄膜的生長的機理。
　　(3)研究了溶膠凝膠制備Cu-Zn-Sn預制膜的技術(shù),優(yōu)化前驅(qū)液的配比,在17mL乙二醇甲醚和3mL乙醇胺混合溶液中加入8mmol乙酸鋅、18mmol乙酸銅和10mmol二氯化錫配制成前驅(qū)液,制備的預制膜在550度硒化后制備出純凈的Cu2ZnSnS

5、e4薄膜。通過在不同的襯底上沉積制備Cu2ZnSnSe4,研究發(fā)現(xiàn)預制膜硒化后在Cu2ZnSnSe4和Mo的界面上并沒有產(chǎn)生雜相MoSe2。
　　(4)研究了化學水浴法制備CdS薄膜的結(jié)晶機制。發(fā)現(xiàn)使用醋酸體系沉積的CdS薄膜表面致密。研究射頻磁控濺射本征ZnO薄膜、直流磁控濺射AZO薄膜和蒸鍍Ni/Al電極工藝。組裝了溶膠凝膠法制備的吸收層CZTSe的SLG/Mo/CZTSe/CdS/i-ZnO/AZO/Ni/Al薄膜太陽能電池