Cu(InxGa1-x)Se2和Cu2ZnSn(S-Se)4太陽能電池薄膜的實驗與理論研究.pdf

1、THEoRETICALANDEXPERIMENTALRESEARCHONCu(1n，Gal一、)Se2ANDCu2ZnSn(S／Se)4SOLARCELLTHINFILMSADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNodalUniversitynPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringBv

2、M／ao，mmo￡fSupervisor：PmfFanggaoChugProfTianxingWangApril2012摘要Cu(InxGalx)S匙和Cu2ZnSn(S／Se4太陽能電池是多元化臺物半導體材料中最具代表性的光伏器件，它們具有成本低、性能穩(wěn)定轉換效率高等優(yōu)點而成為國際光伏界研究的熱點之eCuOn；Gal。)Se2太陽能電池經過30多年的發(fā)展，其最高轉換效率已達到203％，但這種電池的產業(yè)化依然沒有形成定的規(guī)模，其豐要同難

3、在于吸收層cu(hhG亂mlsq的制各。吸收足的質量好壞對整個太陽能電池效率有重要的影啊。出于CIGS薄膜中In和Ga是稀有金屬，相對來說比較昂貴所以人們叉去尋找新的可替代In和Ga的元素。CuzZnSnS4(CZTS)和Cu!ZnSnSe4(CZTSe)目前被認為是很有前景的替代性利料我們先用第一性原理計算了CZTS／Se的電子結構和光學性質，為進一步實驗提供了理論基礎。為此本文工作豐要分為兩個部分，一是甩磁控濺射多靶共濺射方法制各了

4、CIGS薄膜，利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電予顯嫩鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和原子力顯微鏡(AFM)分別研究了沉積參數(shù)對CIGS薄膜的晶體結構、表面形貌和成分比例的影響：并探索了CIGS薄膜太陽能電池背電極層、緩沖層和窗口層的工藝條件。二是采用基于密度泛函理論(DFT)框架下廣義梯度近似(GGA)的PBE平面波超軟贗勢方法，優(yōu)化了鋅黃錫礦型銅鋅錫硫(CZTS)和銅鋅錫硒【cZTSe)的幾何結構參數(shù)，計算并系統(tǒng)比較分析了鋅黃錫礦型

5、CZTS和CZTSe的能帶結構、態(tài)密鹱、吸收系數(shù)、復介電函數(shù)、復折射率、反射率、復電導率和能量損失函數(shù)。得到的結果如下：(1)通過共濺射方法制各的CIS吸收層薄膜的牛長質量和結晶性能很大程度上依賴于濺刳和退火溫度。低襯底溫度條件下，沉積到表面上的原子能量較低遷穆能力差不利于晶體生長，隨著溫度的升高，沉積到表面的原子遷移能力增強，抑制r界面夫配錯位的產生提高了薄膜的結晶度，薄膜的表面形貌也隨溫度的升高變得平整致密。實驗表明在560℃570