参考-大学生创新创业训练计划项目中期检查.doc

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1、大学生创新创业训练计划项目中期检查报告资助类别：国家级□校级项目名称：热蒸发法制备柔性铜锌锡硫薄膜太阳电池项目编号：8负责人：冯少君电话：电子邮件：@qq.com负责人所在学院：电子信息工程学院指导教师：薛玉明电话：执行年限：2014年5月至2015年6月填表日期：2015年4月天津理工大学教务处制填表说明一、表中各项内容填写要实事求是，表述要明确、严谨、言简意赅。二、格式要求：表格中的正文字体应为小四号宋体字，22磅行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。三、A4纸双面打印，于左侧装订成册。四、表格不够，可以加附页。一、项目摘要描述项目总体

2、情况、研究技术路线、研究方法以及预期成果（不超过500字）项目总体情况：本项目拟采用热蒸发法在聚酰亚胺柔性衬底上制备结构为Al/n-ZnO/i-ZnO/CdS/CZTS/Mo/PI的CZTS薄膜太阳电池，其电池效率达到5％，居国内领先水平。研究技术路线：（1）背电极Mo薄膜的制备采用直流磁控溅射的方法在聚酰亚胺衬底上制备背电极Mo薄膜。（2）吸收层CZTS薄膜的制备采用热蒸发的方法制备CZTS薄膜，得到的薄膜为p型直接带隙半导体，锌黄锡矿结构。通过调整衬底、各蒸发源温度及蒸发时间，调节薄膜组分，制备出满足化学计量比、结晶质量好且适合器件应用的薄膜。（

3、3）缓冲层CdS薄膜的制备缓冲层CdS薄膜采用化学水浴法（CBD）制备。（4）窗口层ZnO薄膜的制备i-ZnO薄膜采用射频磁控溅射制备，Al-ZnO薄膜采用直流磁控溅射制备。(5)顶电极Al的制备顶电极采用热蒸发法制备。研究方法：采用热蒸发法制备CZTS薄膜，但在较高的衬底温度下存在CZTS薄膜的分解和Sn元素的二次蒸发问题，因此先在较低衬底温度下制备薄膜，调节薄膜组分，确定各蒸发源的蒸发温度；接着在高温下制备薄膜，在制备出满足化学计量比薄膜的同时改善薄膜的结晶质量。预期成果：1.采用热蒸发法制备出结构为Al/n-ZnO/i-ZnO/CdS/CZTS

4、/Mo/PI的柔性衬底CZTS薄膜太阳电池，其电池效率达到5％，居国内领先水平。2.提交结题报告。3.拟发表核心期刊论文1篇，申请1～2项发明专利。二、研究工作进展和取得的成果详细说明工作的进展，步骤以及目前取得的成果。在聚酰亚胺衬底上，直流磁控溅射制备1μm的Mo层作为背电极。接着采用热蒸发法制备CZTSSe薄膜。蒸发设备选用DM-700型共蒸发设备，本底真空为1.0×10-4Pa，蒸发源分别选用Cu、ZnS、Sn和Se。通过对CZTS薄膜制备工艺的探索，分别采用低温一步法，两步沉积法和高温两步法沉积薄膜。低温一步法的具体做法是：在衬底温度300℃

5、条件下一步蒸发Cu、ZnS、Sn、Se四种元素，制备CZTSSe薄膜；两步沉积法的具体做法是：首先在衬底温度300℃下一步蒸发Cu、ZnS、Sn、Se四种元素；接着升高衬底温度至480℃，只蒸发Sn和Se两种元素；高温两步法的具体做法是：首先一步蒸发Cu、ZnS、Sn、Se四种元素；接着保持衬底温度不变，只蒸发Sn和Se两种元素。制备工艺方法图如图1所示，其中T为45min，T’为30min。图1CZTSSe薄膜的制备工艺方法图通过对薄膜进行电感耦合等离子体发射光谱（ICP）、扫描电子显微镜（SEM）X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱仪（Raman）的

6、测试分析。得到薄膜的组分和结构特性，如图2、图3和图4所示。(b)(a)(d)(c)(f)(e)(h)(g)图2不同衬底温度下生长CZTSSe样品表面和断面的SEM图：（a）（b）300℃60min；（c）（d）300℃45min，480℃15min；（e）（f）300℃30min，480℃30min；（g）（h）480℃60min图3不同衬底温度沉积的CZTSSe薄膜的XRD图：谱线S1为300℃60min；谱线S2为300℃45min，480℃15min；谱线S3为300℃30min，480℃30min；谱线S4为480℃60min图4不同衬底温

7、度沉积的CZTSSe薄膜的拉曼光谱图：谱线S1为300℃60min；谱线S2为300℃45min，480℃15min；谱线S3为300℃30min，480℃30min；谱线S4为480℃60min通过测试分析发现采用高温两步法沉积的薄膜表面平整，晶粒大小均匀，晶粒呈柱状，贯穿整个薄膜，薄膜厚度约为1μm，结晶质量好，不含杂相。因此高温两步法为CZTS薄膜的最佳沉积工艺。结合电池其它层制备工艺，优化各工艺参数，初步在柔性衬底上制备出了结构为Al/Al-ZnO/i-ZnO/CdS/CZTS/Mo/的CZTS薄膜太阳电池，通过转换效率测试，其效率可以达到4

8、.87%，接近项目研究预期。三、经费使用情况详细说明经费的使用方向，使用内容，目前的使用额度，剩余额度材料费