Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池材料的制備和性能研究.pdf

1、四元半導(dǎo)體化合物Cu2ZnSnS4(CZTS)與目前的研究熱門Culn1-xGaxSe2(CIGS)具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，都可以作為薄膜太陽能電池的光吸收層材料。由于CZTS不含稀有和有毒元素，被普遍認(rèn)為是有望替代價(jià)格昂貴的CIGS最佳材料之一，己成為目前薄膜太陽電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。CZTS是直接禁帶半導(dǎo)體材料，其光吸收系數(shù)達(dá)到了104cm-1，禁帶寬度約為1.5eV，很接近單結(jié)太陽能電池所需要的最佳禁帶寬度。這些特點(diǎn)使其成為了一種很有潛

2、力的新型太陽能電池吸收層材料。
　　 本文先使用固相反應(yīng)法制備了Cu2ZnSnS4(CZTS)粉體材料，然后將制備出的粉體材料壓制成單一相的CZTS四元化合物靶材，在鈉鈣玻璃襯底上通過射頻濺射沉積方法得到了CZTS薄膜，在空氣氣氛中以400℃退火，得到單相的鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)CZTS薄膜。利用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射儀(XRD)對(duì)樣品的微觀形貌和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，采用紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)(島津UV3600)和能譜

3、儀(EDS)對(duì)樣品的光學(xué)性能和元素成分進(jìn)行了測(cè)試分析。研究了各個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)樣品的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、光吸收系數(shù)、禁帶寬度和化學(xué)成分等性能的影響關(guān)系。研究結(jié)果表明:使用固相反應(yīng)法在熱處理溫度高于500℃時(shí)，得到的CZTS粉體材料結(jié)構(gòu)為典型的鋅黃錫礦晶體結(jié)構(gòu)，禁帶寬度為1.45eV，SEM照片顯示樣品粒徑為50μm的粉體。該材料壓制的CZTS靶材，通過射頻磁控濺射生長(zhǎng)了CZTS薄膜，不需要硫化處理即可得到鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)的CZTS薄膜材料。ED