微納米化合物Cu-Zn-Sn-S光伏特性與新型薄膜太陽能電池的研究.pdf

1、多結(jié)太陽能電池具有一系列優(yōu)化的能帶組合，可對入射太陽能光譜實現(xiàn)寬范圍、高效率的吸收，其理論最高轉(zhuǎn)換效率遠高于單結(jié)太陽能電池。目前，GaInP/GaAs/Ge三結(jié)化合物薄膜太陽能電池的實驗室轉(zhuǎn)換效率已達41.6％，但所使用的材料價格高昂且資源非常有限，限制了大規(guī)模應(yīng)用。近年，尋找新型低成本可替代材料己成為了多結(jié)太陽能電池研究的一項重要課題。
　　當前，新材料的研究范圍主要集中在摻氮、摻鎵氮化銦以及量子點等，雖己取得了一些研究成果，但

2、原材料價格仍然十分昂貴。本論文另辟蹊徑，在大量理論分析、技術(shù)調(diào)查和實驗摸索的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了資源豐富、廉價且毒性極低的Cu-Zn-Sn-S系化合物材料，成功研制了多種光伏性能優(yōu)異的新型化合物，具有重大潛在應(yīng)用價值，為多結(jié)化合物薄膜太陽能電池的大規(guī)模應(yīng)用提供了新的可能。此外，化合物光伏特性的研究及其在實際太陽能電池上的應(yīng)用通常都以化合物薄膜的形式進行，但當前化合物薄膜的制備以真空法為主，存在效率低下、工藝復(fù)雜、造價高昂且不易實現(xiàn)大面

3、積產(chǎn)品生產(chǎn)等缺點。本論文首次使用高效非真空機械化學法合成新型微納米化合物，采用非真空印刷法制備化合物薄膜，對其光伏特性進行系統(tǒng)分析。
　　在Cu-Zn-Sn-S系化合物中，Cu2ZnSnS4(CZTS)的光伏特性已獲得了眾多研究人員的肯定，其能帶值約為1.5 eV，具有潛在非聚焦單結(jié)和三結(jié)太陽能電池應(yīng)用價值。但現(xiàn)今制備CZTS化合物薄膜以真空法為主。論文首次采用非真空機械化學-印刷法合成并研究了微納米化合物CZTS的微結(jié)構(gòu)晶相、光

4、學特性及薄膜形態(tài)等?？偨Y(jié)了所采用制備工藝的技術(shù)特點及規(guī)律，為大規(guī)模商業(yè)化太陽能電池生產(chǎn)提供了參考借鑒。此外，為表征化合物光電轉(zhuǎn)換特性及降低太陽能電池整體制備成本，首次提出了一種所有功能薄膜層均可采用非真空法制備的新型薄膜太陽能電池，并獲得了實驗的成功。
　　為解決非聚焦三、四結(jié)以及聚焦二結(jié)化合物薄膜太陽能電池底部子電池材料的稀缺問題，論文合成并成功研制了能帶值為0.83 eV且光伏性能優(yōu)異的微納米化合物Cu2SnS3。此外，在反復(fù)

5、實驗的基礎(chǔ)上，提出了一種新穎的通過人為創(chuàng)造掩埋p-n結(jié)的太陽能電池短路電流密度增強方法。實驗證實具有掩埋p-n結(jié)的太陽能電池短路電流密度較參比電池增加了約1倍。增加的短路電流密度可更好地滿足多結(jié)太陽能電池對電流匹配的要求，也進一步證明了Cu2SnS3化合物的重要潛在應(yīng)用價值。
　　為滿足聚焦三結(jié)和四結(jié)太陽能電池對窄帶化合物光伏材料的需求，論文又合成并成功研制了能帶值為0.55 eV且光伏性能優(yōu)異的富銅貧鋅微納米化合物Cu4SnS4