溶膠—凝膠法制備銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)薄膜太陽(yáng)能電池.pdf

1、硫?qū)倩衔锇雽?dǎo)體材料Cu2ZnSnS4(CZTS)，不僅具有和CIGS類似的光電性能，而且更重要的是所含元素?zé)o毒且地球上含量豐富，因而被認(rèn)為是一種極具前途的薄膜太陽(yáng)能電池光吸收材料，吸引了全世界科研人員極大的研究興趣，目前已有包括基于真空和非真空的多種方法制備出了CZTS薄膜及電池器件并取得了不錯(cuò)的光電轉(zhuǎn)換效率。針對(duì)目前各種制備方法存在的不足，本論文中提出一種具有低成本、高產(chǎn)出并且無(wú)毒環(huán)保的化學(xué)溶液方法----基于金屬-硫脲-氧絡(luò)合物的

2、熱分解反應(yīng)的溶膠-凝膠方法來(lái)制備CZTS薄膜及電池器件，并取得了目前此方法的最高轉(zhuǎn)換效率6.32％。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴基于常規(guī)非水溶膠-凝膠反應(yīng)過(guò)程分析，提出了金屬-硫脲-氧絡(luò)合物的分子模型并揭示了其熱分解反應(yīng)形成CZTS納米晶的過(guò)程和機(jī)理。研究并揭示了金屬硫脲絡(luò)合物和乙二醇甲醚之間的醇解和縮聚反應(yīng)過(guò)程，在熱分解反應(yīng)金屬-硫脲-氧絡(luò)合物基礎(chǔ)上得到了CZTS前驅(qū)體薄膜預(yù)熱處理的優(yōu)化參數(shù)和物相組成，為薄膜后續(xù)的硫化熱處理提供

3、了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　?、蒲芯拷沂玖酥苽錀l件對(duì)CZTS薄膜各項(xiàng)性能及其電池光電性能影響的規(guī)律，得到了最佳電池光電轉(zhuǎn)換效率的CZTS薄膜制備條件(Cu/(Zn+ Sn)=0.84，Zn/Sn=1.20，硫化溫度560℃，硫化時(shí)間1h），同時(shí)研究了緩沖層CdS對(duì)CZTS電池光伏性能影響的規(guī)律，得出了優(yōu)化的緩沖層CdS制備工藝(厚度80～100 nm)。
　?、菫楦纳乒怆娹D(zhuǎn)換效率對(duì)CZTS薄膜電池進(jìn)行了改性研究，包括對(duì)吸收層薄膜材

4、料進(jìn)行Na的摻雜和二次相的刻蝕，以及改進(jìn)電池Mo背電極結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腘a摻雜不僅能改善CZTS薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，而且能顯著降低CZTS薄膜中雜質(zhì)碳的含量從而提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率（從5.25％提高到了6.25％）;對(duì)富集于CZTS薄膜表面的ZnS二次相進(jìn)行刻蝕后，CZTS薄膜電池器件短路電流相對(duì)有所提高而降低了電池開路電壓，所以電池轉(zhuǎn)換效率只是稍微改善，這說(shuō)明CZTS薄膜表面適量的ZnS有助于改善電池吸收層和緩沖層之間的界面復(fù)合問