cu2znsnsxse4-x薄膜太阳能电池吸收层材料制备和的表征

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1、cu2znsns。se4。薄膜太阳能电池吸收层材料的制各与表征Cu2ZnSnSxSe4．x薄膜太阳能电池吸收层材料的制备与表征摘要四元化合物Cu2ZnSnS4(CZTS)和Cu2ZnSnSe4(CZTSe)具有单结太阳能电池的最佳带隙(1．4～1．5eV)，高吸收系数(>104cm‘1)，且元素储备丰富，作为一种理想的薄膜太阳能电池材料而受到人们越来越多的关注，克服了CdTe，CuInl．。Ga。Se2(CIGS)因材料稀有所引起的限制。多个研究组已应用热蒸发法，磁控溅射法和软化学法等方法成功制备出了Cu2Z

2、nSnS4吸收层。基于该类材料的太阳能电池光电转化率从1996年的O．66％提高至2011年的8．4％。近年来，IBM公司采用联氨溶液沉积吸收层的方法构筑了CZTSSe基薄膜太阳能电池，其转化效率高达9．6％；Guo研究小组采用后硒化CZTS吸收层薄膜同样制备了CZTSSe基薄膜太阳能电池，其转化效率高达7．2％。这说明Se元素在掺入能有效的提高CZTS基太阳能电池的光电转化效率。但是联氨溶液沉积中用到的水合肼具有很强的腐蚀性，不利于工业化应用。而且后硒化过程中，温度超过400oC时会导致Sn元素的损失，使薄

3、膜的化学计量比难以控制并能引起薄膜的不均匀。因此合成纯相的CZTSse纳米晶，并将其构筑电池是具很大意义的。迄今已有CZTS(Se)纳米晶以通过各种湿化学方法合成，但是实验过程复杂、需要昂贵的试剂。本论文发展溶剂热法成功的合成了Cu2ZnSnS4，Cu2ZnSnSe4和Cu2ZnSnS。Se4．。(0

4、前驱物，成功的合成了纯相的Cu2ZnSnSe4和Cu2ZnSnS4纳米晶体。采用X射线粉末衍射，透射电镜对合成的纳米晶进行表征。结果表明合成了纯相Cu2ZnSnSe4和Cu2ZnSnS4纳米晶，前者粒子尺寸为6．8衄，后者的粒子尺寸为8．12啪。研究了反应温度、时间对产物的影响并探讨可能的生长机理。2．在合成Cu2ZnSnSe4纳米晶的基础上，以一定比例的Se和S混合物取代Se，成功制备出Cu2ZnSnS。Se4．。(0

5、收层材料的制备与表征平均直径为20～50l趣，且易团聚成片状结构。从X射线粉末衍射花样可以看出，随着反应物中S量的增加，衍射峰的位置不断向右移动，这意味着有原子半径较小的S元素不断掺入到Cu2ZnSnSe4纳米晶中，形成了Cu2ZnSnS、Se4．x(O

6、动模不断蓝移，说明质量小的元素取代了重的元素。利用光致发光光谱和紫外可见吸收光谱研究了固溶体系的光学性能，发现固溶体系的带宽受到S量的调制。3．发展了丝网印刷技术，采用手动的方法，以合成的固溶Cu2ZnSnSxSe4．x(CZTSSe)(0

7、同时研究不同热处理温度对于薄膜质量的影响。选取厚度为2～3岬的CZTSSe薄膜，用水浴法在其上沉积CdS薄膜，用导电银胶引出电极。采用半导体分析测试仪研究器件的I-v特性，证明沉积得到的CZTSSe薄膜具有P型导电性。关键词：溶剂热法，Cu2ZnSnSxse4．x纳米晶，丝网印刷法，CZTSse吸收层Ocu2znSns。Se4。薄膜太阳能电池吸收层材料的制备与表征FabricatiOnandCharacterizationofCu2ZnSnSxSe4．xThinfilmSolarCenAbsorberMate

8、rialABSTRACTCu2ZnSnS4(CZTS)andCu2ZnSnSe4(CZTSe)haVeattractedmoreandmo托anentionasidealcandidateabsorbermaterialsf．orminfilmsolarceUswim协eoptimalband—gapfortllesinglejunctionphotoVoItaicdeViceof1．4—1．5eV