电沉积法制备CuIn(Se,S)2,Cu2ZnSnS4薄膜及其结构性能研究.pdf

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1、PreparationofCuln(Se，S)2，CuZnSnS4thinfilmsbyelectrodepositiontechniqueandtheirstructuralpropertiesADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByMengdianSupervisor：ChengKeJune，2014关于学位论文独创声瞬和学术诚

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5、—————————————————嘶——籼_————惭——————～一⋯～摘要Cu(Inl．xGax)Se2(CIGS)作为光吸收材料薄膜太阳能电池，其光电转换效率和单晶硅太阳能电池的光电转换效率可相比，另外其薄膜化特点是单晶硅无法比拟的，这类电池更具有广阔的应用前景。目前该类电池最高光电转换效率己达20．8％。2011年瑞士材料实验所Empa在聚酰亚胺基底上制备的CIGS电池，效率高达18．7％，预示着CIGS在柔性基底上广阔的应用前景。在所有太阳能电池材料体系中CIGS基薄膜太阳能电池具备了高效率、低成本、容易实现的特点。在CIGS电池的发展过程中形成了主要

6、三种技术路线：三步共蒸发、溅射后硒化、电沉积技术，其中三步共蒸发和溅射硒化法所需真空设备昂贵，生产成本高不利于其大规模推广应用。而电沉积技术具备材料利用率高、廉价、快速成膜、兼容卷对卷工艺、易于大规模工业生产的优点，但是目前利用电沉积技术制备的电池效率较低，尚需进一步通过实验参数的优化以及硒化工艺的改进来提高成膜质量，获取符合化学计量比、结晶性良好的CIGS薄膜材料。另外，CIGS大量使用了稀有元素Ga和IIl，这些稀有元素的大量使用会增加器件的生产成本。通过Zn和Sn这些丰度元素取代hl和Ga等稀有元素不仅可以大幅度的降低材料成本，并且所得到的CuZnSnS4

7、材料具有和CIGS相类似的光学和电学性质。目前ShafaatAhmed采用电沉积铜锌锡合金法构筑了CZTS薄膜太阳能电池，其光电转换效率高达7．3％。显示了利用电沉积技术制备CZTS薄膜广阔的应用前景。为了进一步优化电沉积技术制备CIGS基薄膜材料的相关工艺条件和参数，获取符合化学计量比、结晶性良好的薄膜材料；并尝试利用电沉积技术用Zn、Sn这些丰度元素取代In、Ga等稀有元素，制备出光电性能较好的CZTS薄膜材料，本文采用了恒电位电沉积技术开展了对CIS、CZTS薄膜材料制备方法和沉积工艺开展研究，具体研究工作如下：(1)采用PS·12型电沉积设备的恒电位模式

8、在FTO基底上一步法沉积制备CZT合金，通过调节电镀液的pH值，获得了和基底接触紧密的CZT合金薄膜；通过高温硫化退火制备了CZTS薄膜，优化了退火时间和退火温度。实验结果表明：在580"C硫化退火60min后得到了致密性较好的薄膜。为评价所制各CZTS薄膜的光电性能，将薄膜用作染料敏化太阳能电池的背电极，测试结果表明：580。C硫化退火60min的样品，其光电转换效率可达到1．60％，说明制备的CZTS薄膜具有较好的光电特性。(2)在FTO基底上采用一步电沉积制备了CIS薄膜，考察了快速硫化退火温度对薄膜性能的影响，以及不同沉积电位对CIS薄膜光学、形貌、组成

9、的影响。实验结果表明：通