Cu2ZnSnSxSe4-x薄膜太陽能電池吸收層材料的制備與表征.pdf

1、四元化合物Cu2ZnSnS4(CZTS)和Cu2ZnSnSe4(CZTSe)具有單結(jié)太陽能電池的最佳帶隙(1.4～1.5 eV)，高吸收系數(shù)(>104 cm-1)，且元素儲備豐富，作為一種理想的薄膜太陽能電池材料而受到人們越來越多的關(guān)注，克服了CdTe，CuIn1-xGaxSe2(CIGS)因材料稀有所引起的限制。多個研究組已應(yīng)用熱蒸發(fā)法，磁控濺射法和軟化學(xué)法等方法成功制備出了Cu2ZnSnS4吸收層?；谠擃惒牧系奶柲茈姵毓怆娹D(zhuǎn)化率

2、從1996年的0.66％提高至2011年的8.4%。近年來，IBM公司采用聯(lián)氨溶液沉積吸收層的方法構(gòu)筑了CZTSSe基薄膜太陽能電池，其轉(zhuǎn)化效率高達9.6%；Guo研究小組采用后硒化CZTS吸收層薄膜同樣制備了CZTSSe基薄膜太陽能電池，其轉(zhuǎn)化效率高達7.2%。這說明Se元素在摻入能有效的提高CZTS基太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。但是聯(lián)氨溶液沉積中用到的水合肼具有很強的腐蝕性，不利于工業(yè)化應(yīng)用。而且后硒化過程中，溫度超過400℃時會導(dǎo)致

3、Sn元素的損失，使薄膜的化學(xué)計量比難以控制并能引起薄膜的不均勻。因此合成純相的CZTSSe納米晶，并將其構(gòu)筑電池是具很大意義的。
　　 迄今已有CZTS(Se)納米晶以通過各種濕化學(xué)方法合成，但是實驗過程復(fù)雜、需要昂貴的試劑。本論文發(fā)展溶劑熱法成功的合成了Cu2ZnSnS4，Cu2ZnSnSe4和Cu2ZnSnSxSe4-x(0

4、主要內(nèi)容包括：
　　 1.發(fā)展溶劑熱方法，以乙二胺為溶劑，CuCl，ZnCl2，SnCl4·5H2O和Se粉(S粉)為前驅(qū)物，成功的合成了純相的Cu2ZnSnSe4和Cu2ZnSnS4納米晶體。采用X射線粉末衍射，透射電鏡對合成的納米晶進行表征。結(jié)果表明合成了純相Cu2ZnSnSe4和Cu2ZnSnS4納米晶，前者粒子尺寸為6-8 nm，后者的粒子尺寸為8-12 nm。研究了反應(yīng)溫度、時間對產(chǎn)物的影響并探討可能的生長機理。

5、>　　 2.在合成Cu2ZnSnSe4納米晶的基礎(chǔ)上，以一定比例的Se和S混合物取代Se，成功制備出Cu2ZnSnSxSe4-x(0

6、TEM照片中可以看出，隨著固溶體系中S量的增加，(112)面的面間距不斷降低，進一步說明S元素摻入到Cu2ZnSnSe4納米晶中，形成了Cu2ZnSnSxSe4-x(0　　 3.發(fā)展了絲網(wǎng)印刷技術(shù)，采用手動的方法，以合成

7、的固溶Cu2ZnSnSxSe4-x(CZTSSe)(0≤x≤4)納米晶為原料，在鍍有Mo的玻璃基底上沉積了面積為15mm×20mm CZTSSe薄膜。利用X射線粉末衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)對薄膜進行了表征。CZTSSe薄膜的物相和起始原料相比沒有發(fā)生變化。雖然薄膜表面空洞較多，但晶粒尺寸較為均勻，大部分顆粒尺寸小于1μm。同時研究不同熱處理溫度對于薄膜質(zhì)量的影響。選取厚度為2～3μm的CZTSSe薄膜，用水浴法在其上沉積CdS