非真空法及射頻磁控濺射法制備CZTS材料研究.pdf

1、近些年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛漲并一直保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，但化石燃料的大量使用也產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境問題，溫室效應(yīng)、霧霾已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)和生活。因此，使用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源顯得越來越重要。太陽能是一種取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。太陽能電池是利用太陽能以光生伏特效應(yīng)為原理，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。Cu2ZnSn(S,Se)4(簡(jiǎn)稱CZTSSe)薄膜太陽能電池是新型化合物薄膜電池，禁帶寬度在1.0～1.5eV范圍內(nèi)可調(diào)，具有

2、較高的吸收系數(shù)（～104cm-1），使其不需要很大的厚度就能實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的充分吸收，同時(shí)相比于銅銦鎵硒材料，組成其的元素在地殼中含量較豐富，成本較低，具有極好的應(yīng)用前景。
　　本論文分別采用了非真空法和真空法制備CZTS材料，旨在制備出高品質(zhì)的吸收層材料，同時(shí)降低制備薄膜材料的成本。使用非真空法即墨水涂覆法和熱注入法分別完成了材料的制備，并通過X射線衍射(XRD)、拉曼光譜(Raman)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、掃描電子顯微

3、鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線熒光光譜分析儀(XRF)等測(cè)試手段研究了樣品的晶相、純度、形貌以及各個(gè)元素的相對(duì)含量；真空法為射頻磁控濺射法，使用CZTS四元化合物陶瓷靶材在一定氣壓和功率下沉積CZTS薄膜材料，經(jīng)過高溫硫化后完成薄膜材料的制備。通過臺(tái)階儀表征薄膜厚度，通過XRD、Raman、FTIR、SEM、EDS以及XRF等測(cè)試手段表征材料性能，主要獲得了如下結(jié)果：
　　使用墨水涂覆法合成CZTS，初步合成了鋅黃錫礦(K

4、esterite)相的CZTS。但由于成膜之后薄膜附著力差，認(rèn)為此種方法雖然制備出了想要的材料。但是晶粒尺寸過大，導(dǎo)致成膜困難，因此考慮使用有機(jī)溶劑作為螯合劑控制晶粒生長(zhǎng)。
　　使用熱注入法以金屬氯化物為反應(yīng)物在不同溫度下制備了CZTS納米顆粒。通過表征分析發(fā)現(xiàn)，雖然制備出了(112)結(jié)晶取向的納米顆粒CZTS，但是仍存在納米顆粒團(tuán)簇的狀態(tài)，并且將進(jìn)過多次清洗的樣品進(jìn)行了FTIR測(cè)試，發(fā)現(xiàn)納米顆粒仍被有機(jī)物包覆，難以得到均勻性較好

5、的薄膜材料。
　　使用熱注入法以二乙基二硫代甲酸鹽(DDTC-X)為反應(yīng)物在不同溫度下制備了CZTS納米顆粒。表征分析發(fā)現(xiàn)，使用此種方法制備的納米顆粒解決了以上方法中顆粒團(tuán)聚的現(xiàn)象，得到了單一分散的顆粒。并且納米顆粒晶粒尺寸偏小，使得材料應(yīng)用更廣泛。
　　使用射頻磁控濺射法沉積CZTS薄膜，在一定功率和氣壓下進(jìn)行濺射實(shí)驗(yàn)，不同于其他的濺射方式，我們使用CZTS四元化合物陶瓷靶材沉積此薄膜，將經(jīng)硫化處理的材料和未經(jīng)硫化處理的材