銅鋅錫硫光吸收薄膜鈉摻雜及硒化對其光電性能影響的研究.pdf

1、碲化鎘（CdTe），銅銦硫（CIS）和銅銦鎵硒（CIGS）等薄膜太陽能電池已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化，但是由于Cd有毒，In和Ga為地殼中稀有元素，其發(fā)展受到很大的限制。近年來，備受關(guān)注的p型半導(dǎo)體光伏材料銅鋅錫硫（Cu2ZnSnS4，簡寫為CZTS），具有吸收系數(shù)高（~104 cm-1）、帶隙適宜、無毒廉價、儲量豐富等優(yōu)點，被認為是最有希望替代CIGS的吸收層材料。因此，探索制備高質(zhì)量的CZTS及其Se摻雜的CZTSSe（Cu2ZnSn(SSe)

2、4，簡稱為CZTSSe），等多元半導(dǎo)體薄膜光伏材料，具有重要的科學意義和潛在的應(yīng)用價值。本學位論文以“銅鋅錫硫光吸收薄膜鈉摻雜及硒化對其光電性能影響的研究”為題，系統(tǒng)總結(jié)了筆者采用簡便、低成本的溶液法，探索制備CZTS和CZTSSe薄膜的新工藝，并深入研究鈉(Na)離子摻雜和硒化對CZTS(Se)薄膜的形貌特征、化學組成、光電特性的影響規(guī)律。本文述及的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1）設(shè)計配制了一種新穎的以乙二醇作為溶劑的含Na前

3、驅(qū)體溶液，用于旋涂制備CZTS光吸收薄膜。考查了不同鈉摻雜濃度對CZTS薄膜的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的Na摻雜可促進CZTS薄膜晶粒的生長,提高結(jié)晶度，增強導(dǎo)電性以及影響其光學帶隙。另外，采用這種含Na的前驅(qū)體溶液方法可以很有效地控制Na的濃度，在制備CZTS薄膜時，既克服了使用鈉鈣玻璃基底的局限，又適宜在鈉鈣玻璃以外的其它柔性基底上沉積CZTS薄膜。
　　2）嘗試使用了一種簡單的、環(huán)境友好的乙二醇作為溶劑，用金屬鹽和硫脲制

4、備前驅(qū)體溶液，將其旋涂制備CZTS前驅(qū)薄膜，然后在Se蒸汽中硒化退火得到了CZTSSe薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，乙二醇是一種很適合作制備CZTS前驅(qū)薄膜前驅(qū)體溶液的溶劑，并且后續(xù)的實驗研究還發(fā)現(xiàn)，用這種溶液制得的CZTS前驅(qū)薄膜也適宜做進一步的硒化退火處理。文中仔細研究了硒化溫度(450 oC、500 oC、540 oC)對CZTSSe薄膜的微觀形貌結(jié)構(gòu)、晶相組成以及光電響應(yīng)特性的影響。研究結(jié)果表明，隨著硒化溫度的升高，CZTSSe薄膜的質(zhì)量得以