Cu2ZnSn(S1-x,Sex)4薄膜的制备与机能研究.pdf

中文摘要 Cu2ZnSn(Sl《，Sex)4薄膜的制备与性能研究 摘要 近些年来，以铜铟镓硒(ClGS)为代表的薄膜太阳能电池发展迅速，虽然 CIGS已经实现了超过20％的转换效率，但是由于铟和镓储量稀少，限制了该薄 P型半导体材料，禁带宽度可调(1．0．1．6eV)，十分接近半导体太阳电池所要求的 最佳禁带宽度(1．5eV)，其吸收系数可达104cm～，并且所含组分储量丰富，无毒， 对环境污染小。因此Cu2ZnSn(Sl。，Sex)。成为太阳能电池吸收层的最佳候选材料。 在本论文中，我们采用化学溶液法，以无机金属盐为原料，成功制备出了 Cu2ZnSn(S㈤Se，)4薄膜和纳米晶颗粒，并探讨和分析了不同的制备条件对产物 的影响。同时，我们也考察薄膜的光电性能。本论文主要工作包括以下几个部 分： 1．采用连续离子层吸附反应法(SILAR)，直接在衬底上沉积CZTS薄膜， 当反应体系温度的温度稳定在500C并且阴阳离子的pH值分别为3．0和6．0左 右时，实验的重复性得到提高，在此基础上我们系统地研究了浸渍循环次数和 退火气氛对薄膜性能的影响。研究结果表明：循环次数50次时，薄膜的表面致 密均匀，厚度达到约500nm，禁带宽度为1．4eV，同时其光电流密度是其它浸 渍循环次数得到薄膜的4～5倍，并且薄膜中的杂质含量降到最低，同时硫化退 火提高了薄膜的致密度，优化了化学配比，提高了结晶度和光电流稳定性。 2．采用水热法首次直接在衬底上制备出CZTS薄膜，并系统研究水热反应 时间对薄膜的影响，表征结果证明，反应时间延长至12h，薄膜的纯度达到最 高，厚度达到微米级别同时在薄膜表面出现不规则分散的片状颗粒，光电流密 度峰值达到2．59A·cm。2，稳定在2．09A-cm‘2左右，而禁带宽度并不受反应时间 的影响，基本稳定在1．4eV，其结构表征符合CZTS的要求。无论硫化还是硒化 退火，都提高了薄膜的致密度，其中硒化退火之后薄膜呈现一种CZTSSe结构， 禁带宽度收缩到1．3eV，并且光电流密度约为CZTS薄膜的4倍左右，性能得到 显著提高。 3．采用醇热法首次直接在衬底上制备出CZTS薄膜，纯氩气退火之后，薄 膜出现裂缝，并伴有大量硫缺陷，结晶度改善不明显，同时禁带宽度增大到 1．75eV，基本没有光电响应现象；而硫化退火之后，薄膜的缺陷减少，致密度 万方数据 中文摘要 和结晶度都得到提高，禁带宽度为1．42eV且光电流稳定到1．0p．A·cm‘2；硒化退 火之后，薄膜呈现CZTSe晶型，禁带宽度收缩到1．15eV，其光电流值为硫化退 火之后的2倍左右，性能提高显著，证明了退火过程加入硫源或硒源的重要性。 4．采用水热法制备CZTS纳米晶颗粒，并用简便的刷涂法制备出CZTS薄 膜，系统地研究了水热反应时间对纳米晶生长的影响，反应时间对薄膜的纯度 有着显著影响，当反应时间为9h左右时，样品的纯度达到最高，禁带宽度为 1．58eV并且光电响应相对稳定到159A·cm～。 Ⅱ 万方数据 ABSTRACT THEPREPARATlONAND OF FILMS Cu2ZnSn(S1．x，Sex)4 ABSTRACT Thinfilmssolarcellshave inrecent years．In