czts电子结构计算及其薄膜制备工艺优化

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1、万方数据分类号旦继堑：lUDC6弘专业学位硕士学位论文密级垡聋CZTS电子结构计算及其薄膜制备工艺优化钟晴专业学位名称工猩题±指导教师但麴副数援周塞拯直级王猩』!巫论文答辩日期瑚车!l目鲨旦学位授予日期丛!蜱』翻鱼目答辩委员会主席建扭壶錾。拖万方数据广西大学学位论文原创性和使用授权声明本人声明所呈交的论文，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得广西大学或其它单位的学位而使用过的材料。与我一同工作的同事对本论文的研究工作所做的贡

2、献均已在论文中作了明确说明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属广西大学。本人授权广西大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权保存并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本学位论文属于：口保密，在年解密后适用授权。目不保密。(请在以上相应方框内打“√”)论文作者签名：指导教师签名：作者联系电话：鱼遗^页叉乜日期：宴!i生盏!塞旦14望日期：塞!f生亟f童旦±n乜电子邮箱：蟛1

3、a竖]!鱼塑．c。m万方数据CZTS电子结构计算及其薄膜制备工艺优化摘要Cu2ZnSnS。(CZTS)具有与太阳辐射光谱相匹配的直接带隙结构(禁带宽度1．5eV)，可见光吸收系数大于104cm-1，且原材料价格低、储量大、无毒害，是一种极具潜力的薄膜太阳能电池材料。结合理论和实验研究CZTS薄膜的优化制备工艺，对提高CZTS转化效率、降低电池器件生产成本具有重要意义。本论文根据能带结构经典理论计算了CZTS晶体的电子结构；利用线性回归数值分析方法对沉积温度与CZTS(112)面衍射峰强度的边界变化趋势进行了拟合，并结合晶体生长模型理论分析了工艺参

4、数对CZTS晶体结构的影响。主要研究结果如下：(1)利用MaterialStudios软件的CASTEP计算模块，基于第一性原理计算了CZTS晶体的电子结构和禁带宽度。结果表明，CZTS的价带主要受Sn原子的5p轨道和Cu原子的3d轨道杂化影响，导带主要受Sn原子的5p轨道和S原子的3p轨道杂化影响，计算得到CZTS的禁带宽度为1．533eV，与实验值(1．52leV)符合得较好。(2)基于课题组前期脉冲激光沉积CZTS薄膜的实验数据，建立了以CZTS(112)面的XRD衍射峰强度作为结晶质量衡量指标的数学分析模型，分析了衬底沉积温度、激光能量、

5、激光频率对薄膜结晶质量的影响，并采用线性回归方式对温度一峰强边界进行了拟合，预测在激光能量为150mJ／p、频率为5Hz，保温时间为lh、沉积时间为1．5h、真空度为10‘4—10。5Pa的条TT万方数据件下，薄膜沉积的最佳衬底温度是357。C。根据数学模型的分析，为进一步优化薄膜的生长工艺设计了补充性实验。(3)对CZTS薄膜横截面的SEM观察表明，退火温度和真空度对薄膜的组织形态具有重要影响。要获得结晶质量良好、(112)面择优取向明显的薄膜，在薄膜生长过程中需要高的真空度和合适的退火温度。关键词：CZTS薄膜第一性原理电子结构计算线性回归制

6、备工艺优化NI万方数据THEELECTRONICSTR．UCTURECOMP'【几ATONANDPROCESS0PTMIZATl0NFORPREPARATl0N0FCZTSTHINFILMABSTRACTCu2ZnSnS4isapromisingmaterialforthin-filmsolarcellsduetoitsadvantagessuchasappropriatedirectband—gapmatchingwiththespectrumofsolarradiation(about1．5eV)，highabsorptioncoeffici

7、ent(>104cm‘1)intherangeofvisiblespectrum，etc．TheconstituentelementsofCZTSarelow-cost，earth-abundantandnon-toxic．ResearchontheoptimizationofpreparationprocessbythewayofcombiningtheoryandexperimentisveryhelpfultoimprovetheconversionefficiencyandtodecreasethecostofCZTSthin—films

8、olarcells．TheelectronicstructureofCZTSwascomputedintheframeworkofthe