喷雾热解法制备铜锌锡硫薄膜及其superstate结构太阳能电池的研究

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1、101672015130008论文题目：喷雾热解法制备铜锌锡硫薄膜及其superstrate结构太阳能电池的研究ResearchonFabricationofCopperZincTinSulfide(Cu2ZnSnS4)ThinFilmsbySprayPyrolysisandApplicationforSuperstrate-typeSolarCells作者姓名：刘晟楠指导教师：钟敏副教授专业名称：凝聚态物理研究方向：太阳能电池学院年级：新能源学院2015级完成日期：2018年6月渤海大学研究生学院喷雾热解法制备铜锌锡硫薄膜及其superst

2、rate结构太阳能电池的研究摘要铜锌锡硫（CZTS）是一种新型的低成本薄膜太阳能电池材料，不仅具有4-1较高的光吸收系数(>10cm)及合适的禁带宽度(约为1.50eV)，而且其组成元素在地壳中储量丰富、绿色无毒、成本低廉，因此，被认为是替代铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池的理想吸收层材料。本论文采用喷雾热解法制备了CZTS前驱体薄膜，通过后处理（硫化/硒化）改善薄膜的结晶性，制备了大晶粒的CZTS的CZTSSe薄膜，并组装了相应的器件，初步研究器件的光伏性能。本论文主要开展了以下三个方面的工作：1.制备CZTS薄膜：论文经过筛选，以甲醇为

3、溶剂，选择CuCl2、ZnCl2、SnCl2及SC(NH2)2作为前驱物，溶解后得到前驱体溶液，采用喷雾热解法制备得到CZTS前驱体薄膜。前驱膜在氮气气氛中退火后晶化增强，采用XRD、Raman（包括UV-Raman）等检测方法对薄膜进行表征，结果表明成功制备出锌黄锡矿结构的CZTS薄膜。2.制备大晶粒CZTS或CZTSSe薄膜：本论文通过对CZTS前驱体薄膜进行硫化或硒化，采用XRD、Raman（包括UV-Raman）、SEM和EDS等检测方法对薄膜做出表征，最终显示成功地制备出锌黄锡矿结构的大晶粒CZTSSe薄膜。3.器件组装及性能测试：

4、顶衬结构（superstratetype）的电池：结构为FTO/CdS缓冲层/CZTS光吸收层/Au，非硫化/硒化条件下电池效率最高为1.05%（电池的有效面积为0.0907cm2）。[关键词]：铜锌锡硫；硫化；硒化；喷雾热解；薄膜太阳能电池IRESEARCHONFABRICATIONOFCOPPERZINCTINSULFIDE(CU2ZNSNS4)THINFILMSBYSPRAYPYROLYSISANDAPPLICATIONFORSUPERSTRATE-TYPESOLARCELLSABSTRACTCu2ZnSnS4isanewtypeofl

5、ow-costthinfilmsolarcellmaterial,notonlyhashighlightabsorptioncoefficient(>104cm-1)，butalsohastheappropriatebandgap(about1.50eV),anditsconstituentelementsintheearthareabundant,non-toxicandlowcost,therefore,itisconsideredasasubstituteabsorberforCIGSinthinfilmsolarcells.Inthi

6、sthesis,copper,zincandtinsulfurprecursorfilmswerepreparedbyspraypyrolysis.Afterthetreatment(sulfurization/selenization),thecrystallinityofthefilmswasimproved,andtheCZTSSefilmsoflargegrainCZTSwereprepared.Thecorrespondingdeviceswereassembled,andthephotovoltaicpropertiesofthe

7、deviceswerepreliminarilystudied.Thispapermainlycarriedoutthefollowingthreeaspectsofthework:1.PreparationofCu2ZnSnS4thinfilms:Afterscreening,methanol,CuCl2,ZnCl2,SnCl2andSC(NH2)2wereselectedasprecursors.TheprecursorsolutionwasobtainedafterdissolutionandtheprecursorCu2ZnSnS4t

8、hinfilmwaspreparedbyspraypyrolysis.Thecrystallizationofprecursorfilmwasenhancedaft