CZTS電子結(jié)構(gòu)計(jì)算及其薄膜制備工藝優(yōu)化.pdf

1、Cu2ZnSnS4(CZTS)具有與太陽輻射光譜相匹配的直接帶隙結(jié)構(gòu)(禁帶寬度1.5eV)，可見光吸收系數(shù)大于104cm-1，且原材料價(jià)格低、儲(chǔ)量大、無毒害，是一種極具潛力的薄膜太陽能電池材料。結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)研究CZTS薄膜的優(yōu)化制備工藝，對(duì)提高CZTS轉(zhuǎn)化效率、降低電池器件生產(chǎn)成本具有重要意義。
　　本論文根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)經(jīng)典理論計(jì)算了CZTS晶體的電子結(jié)構(gòu);利用線性回歸數(shù)值分析方法對(duì)沉積溫度與CZTS(112)面衍射峰強(qiáng)度的邊界變

2、化趨勢(shì)進(jìn)行了擬合，并結(jié)合晶體生長(zhǎng)模型理論分析了工藝參數(shù)對(duì)CZTS晶體結(jié)構(gòu)的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)利用Material Studios軟件的CASTEP計(jì)算模塊，基于第一性原理計(jì)算了CZTS晶體的電子結(jié)構(gòu)和禁帶寬度。結(jié)果表明，CZTS的價(jià)帶主要受Sn原子的5p軌道和Cu原子的3d軌道雜化影響，導(dǎo)帶主要受Sn原子的5p軌道和S原子的3p軌道雜化影響，計(jì)算得到CZTS的禁帶寬度為1.533eV，與實(shí)驗(yàn)值(1.521eV)符

3、合得較好。
　　(2)基于課題組前期脈沖激光沉積CZTS薄膜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了以CZTS(112)面的XRD衍射峰強(qiáng)度作為結(jié)晶質(zhì)量衡量指標(biāo)的數(shù)學(xué)分析模型，分析了襯底沉積溫度、激光能量、激光頻率對(duì)薄膜結(jié)晶質(zhì)量的影響，并采用線性回歸方式對(duì)溫度-峰強(qiáng)邊界進(jìn)行了擬合，預(yù)測(cè)在激光能量為150mJ/p、頻率為5Hz，保溫時(shí)間為1h、沉積時(shí)間為1.5h、真空度為10-4-10-5Pa的條件下，薄膜沉積的最佳襯底溫度是357℃。根據(jù)數(shù)學(xué)模型的分析