溶膠—凝膠法制備銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)薄膜的研究.pdf

1、Cu2ZnSnS4(CZTS)太陽(yáng)能電池由于元素含量豐富，無(wú)毒，大規(guī)模生產(chǎn)的成本低廉，被認(rèn)為是薄膜太陽(yáng)能電池中最有前途的新型材料。CZTS為直接帶隙材料，其光吸收系數(shù)高于104cm-1，禁帶寬度約與太陽(yáng)能電池所需要的最佳禁帶寬度1.50eV相匹配，非常適用于太陽(yáng)能電池。目前已有多種方法制備CZTS薄膜及其太陽(yáng)電池，并得到了較高的光電轉(zhuǎn)換效率。本論文中采用低成本、高產(chǎn)出并且毒性小的溶膠-凝膠法來(lái)制備CZTS薄膜及其太陽(yáng)電池，論文的創(chuàng)新性結(jié)

2、論如下:
　　1)勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系到CZTS薄膜的厚度和均勻度，當(dāng)勻膠機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)越大時(shí)，薄膜的厚度越小，但薄膜的表面越均勻，綜合這兩方面，3000rpm為最佳的轉(zhuǎn)數(shù)。同時(shí)，溶液中硫脲的含量關(guān)系到CZTS薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。前驅(qū)體溶液中S/(Cu+Zn+Sn)=2.5時(shí)制備的薄膜最為純凈，性能最佳。
　　2)后處理過(guò)程對(duì)CZTS薄膜的性能起到很關(guān)鍵的作用。在退火實(shí)驗(yàn)中，溫度過(guò)低薄膜的結(jié)晶不佳，525℃退火的樣品性能表現(xiàn)最好，溫度過(guò)高時(shí)

3、，薄膜會(huì)生成Cu2-xS雜相。薄膜在硫化實(shí)驗(yàn)中，硫蒸氣對(duì)CZTS有一定抑制作用。薄膜的結(jié)晶特性要優(yōu)于退火，550℃硫化后可制備出純的CZTS薄膜。
　　3)溶液中各物質(zhì)的配比關(guān)系到最后樣品中各物質(zhì)的含量，在這個(gè)正交實(shí)驗(yàn)中，貧銅富鋅制備的薄膜性能較好，貧銅的環(huán)境加強(qiáng)了銅空位的形成，減少了Cu和S化合物的生成，另外材料中的Sn容易流失，減少溶液中Sn的量可減少雜相生成。Zn/Sn=1.2，Cu/(Zn+Sn)=0.90這個(gè)比例在結(jié)晶，

4、電導(dǎo)率，光學(xué)帶隙等方面表現(xiàn)優(yōu)越，是本研究中最好的配比。
　　4)制備了Glass/Mo/CZTS/CdS/ITO/Al結(jié)構(gòu)的CZTS薄膜電池，并初步獲得了0.10％的效率(開(kāi)路電壓Voc為142mV，電流密度Jsc為2.2mA/cm2，填充因子FF為32.54％)。CZTS和CdS膜都是用非真空方法制備，很容易出現(xiàn)孔洞，導(dǎo)致pn結(jié)短路，使得并聯(lián)電阻太小;由于pn結(jié)的那兩層膜的電導(dǎo)率不夠好，串聯(lián)電阻太大;還有界面處理不夠完善，界面復(fù)