Cu2ZnSn(Se, S)4吸收層的電沉積法制備及其光電特性的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)能源的需求也日益增加。隨著傳統(tǒng)化石能源的大量開(kāi)發(fā)和利用，不可再生資源的枯竭以及嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素之一。太陽(yáng)能發(fā)電作為一種環(huán)保無(wú)污染的清潔能源受到了越來(lái)越多的關(guān)注。在所有種類的太陽(yáng)能電池中，硅基太陽(yáng)能電池發(fā)展較早，其技術(shù)較為成熟，單結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池其效率已高達(dá)25％。但由于其吸收率較低且生產(chǎn)制造成本較高,在一定程度上限制了其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用。薄膜太陽(yáng)能電池具有材料利用率高、

2、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單和可制作在柔性基底上的特點(diǎn)而被認(rèn)為是未來(lái)太陽(yáng)能電池發(fā)展的趨勢(shì)和方向。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用一步共沉積法制備了CZTS預(yù)制層薄膜，通過(guò)調(diào)節(jié)電化學(xué)沉積時(shí)間、沉積電位以及溶液中各離子的濃度，并選擇了合適的絡(luò)合劑，制備出平整、均勻、致密的CZTS預(yù)制層薄膜。詳細(xì)研究了沉積電位、沉積時(shí)間、離子濃度等參數(shù)對(duì)薄膜形貌、結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：在沉積電位為-1.15V、沉積時(shí)間為20min的條件下制備的CZTS薄膜質(zhì)

3、量較高。⑵采用沉積電位為-1.15V，沉積時(shí)間為20min所制備的CZTS預(yù)制層薄膜進(jìn)行后期高溫硒化處理，以提高其結(jié)晶性，詳細(xì)研究了不同硒化工藝和條件對(duì)CZTSSe吸收層形貌、結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：在通氬氣的氣氛中，經(jīng)過(guò)低溫280oC保溫處理30min，然后快速升溫到550oC硒化30min，經(jīng)自然冷卻后得到的CZTSSe預(yù)制層薄膜與Mo基底結(jié)合緊密、結(jié)晶性較好，各元素比例合適，不含CuxSe1-x等雜相，并且具有較好的光電特

4、性，符合高效率CZTSSe太陽(yáng)能薄膜電池對(duì)吸收層薄膜各項(xiàng)性能的要求。⑶在前期實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，我們將電化學(xué)沉積以及后續(xù)退火硒化法制備所得CZTSSe吸收層薄膜應(yīng)用于太陽(yáng)能薄膜電池器件的構(gòu)筑，通過(guò)化學(xué)浴沉積法制備了50nm厚的CdS緩沖層，通過(guò)磁控濺射依次沉積了40nm的ZnO和250 nm的ITO，通過(guò)熱蒸法蒸鍍Ag電極，制備出的CZTSSe薄膜太陽(yáng)能電池器件其光電效率達(dá)到了2.81%，填充因子為35.94%，開(kāi)路電壓為311mV，短路