溶胶—凝胶法制备铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)薄膜的研究.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterFabricationofCu2ZnSnS4thinfilmviasol—gelrouteByChaoLiuSupervisor：Prof．yongshengChenCondensedMasterPhysicsPhysicalEngineeringCollegeMay，2014原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容

2、外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：呐耋L日期：沙c卢年‘月／卢Et学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及裙关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复

3、制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：乩窆b日期：≯／F年石月缈日摘要Cu2ZnSnS4(CZTS)太阳能电池由于元素含量丰富，无毒，大规模生产的成本低廉，被认为是薄膜太阳能电池中最有前途的新型材料。CZTS为直接带隙材料，其光吸收系数高于104cml，禁带宽度约与太阳能电池所需要的最佳禁带宽度1．50eV相匹配，非常适用于太阳能电池。目前已有多种方法制备CZTS薄膜

4、及其太阳电池，并得到了较高的光电转换效率。本论文中采用低成本、高产出并且毒性小的溶胶．凝胶法来制备CZTS薄膜及其太阳电池，论文的创新性结论如下：1)匀胶机的转数关系到CZTS薄膜的厚度和均匀度，当匀胶机转数越大时，薄膜的厚度越小，但薄膜的表面越均匀，综合这两方面，3000rpm为最佳的转数。同时，溶液中硫脲的含量关系到CZTS薄膜的晶体结构。前驱体溶液中S“Cu+Zn+Sn)=2．5时制备的薄膜最为纯净，性能最佳。2)后处理过程对CZTS薄膜的性能起到很关键的作用。在退火实验中，温度过低薄膜的结晶不

5、佳，5250C退火的样品性能表现最好，温度过高时，薄膜会生成Cu2．xS杂相。薄膜在硫化实验中，硫蒸气对CZTS有一定抑制作用。薄膜的结晶特性要优于退火，5500C硫化后可制备出纯的CZTS薄膜。3)溶液中各物质的配比关系到最后样品中各物质的含量，在这个正交实验中，贫铜富锌制备的薄膜性能较好，贫铜的环境加强了铜空位的形成，减少了Cu和S化合物的生成，另外材料中的Sn容易流失，减少溶液中Sn的量可减少杂相生成。Zn／Sn=1．2，Cu／(Zn+Sn)=0．90这个比例在结晶，电导率，光学带隙等方面表现优

6、越，是本研究中最好的配比。4)制备了Glass／Mo／CZTS／CdS／ITO／AI结构的CZTS薄膜电池，并初步获得了0．10％的效率(开路电压V。为142mV，电流密度J。。为2．2mA／cm2，填充因子FF为32．54％)。CZTS和CdS膜都是用非真空方法制备，很容易出现孔洞，导致pn结短路，使得并联电阻太小；由于pn结的那两层膜的电导率不够好，串联电阻太大；还有界面处理不够完善，界面复合很强，暗电流大，使得开路电压小，以上这些都是效率低的原因。关键词：Cu2ZnSnS4太阳能电池；溶胶凝胶法

7、；化学水浴法；CdS薄膜AbstractTheCu2ZnsnS4(CZTS)basedsolarcellareconsideredtobeoneofthemostpromisingnovelmaterialsforthinfilmsolarcellsduetothefreeofscarceandtoxicelementsandthereducedcostformassproduction．ItiswellknownthatCZTShascommonlyakesteritestructureandasu

8、itableopticalbandgapofabout1．50eVwithalargeabsorptioncoefficient(>104cm"1)．Soitisverysuitableforsolarcegs．Nowadays，therearemanypreparationmethodsaboutCZTSthinfilmandsolarcells，andhavegothighphotoelectricconversionefficiency．111is