本文關(guān)鍵詞：銅鋅錫硫硒薄膜的硒化工藝及其光電性能研究

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【摘要】：在過(guò)去的數(shù)十年中,基于銅銦鎵硒(CIGS)和碲化鎘(Cd Te)光吸收材料的電池器件是薄膜太陽(yáng)能電池的研究重點(diǎn),然而由于鎘元素對(duì)環(huán)境的污染及銦元素的稀缺,廣大科研工作者致力于開(kāi)發(fā)新的存儲(chǔ)量大、環(huán)境友好的光吸收材料。硫?qū)侔雽?dǎo)體化合物銅鋅錫硫硒(CZTSSe),由黃銅礦結(jié)構(gòu)的CIGS材料發(fā)展而來(lái),具有與CIGS、Cd Te等光吸收材料相媲美的光電特性,且組成元素在地殼中含量豐富,價(jià)格低廉,引起了廣泛關(guān)注。目前,許多真空和非真空類方法被用來(lái)制備CZTSSe薄膜,其中前驅(qū)體溶液法是最常用的制備方法。這種方法具有低成本,低能耗,高產(chǎn)出,適用于大面積沉積等優(yōu)勢(shì),有利于實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模生產(chǎn)。本論文采用非肼溶劑前驅(qū)體溶液法旋涂制備CZTSSe薄膜,通過(guò)優(yōu)化硒化條件(硒化裝置、硒化溫度、硒化時(shí)間、硒粉用量和硒化次數(shù)等)改善CZTSSe薄膜的結(jié)晶性,制備無(wú)小顆粒層的大晶粒CZTSSe薄膜。采用表面光電壓測(cè)試、電阻率測(cè)試等檢測(cè)方法對(duì)不同結(jié)晶性的CZTSSe薄膜的光電性能進(jìn)行表征,并組裝電池,研究吸收層結(jié)晶性的改善對(duì)電池性能的影響。本論文主要開(kāi)展了以下3個(gè)方面的工作:1.制備CZTSSe薄膜:本論文以乙醇為溶劑,依次溶解Cu2O,Sn Cl4·5H2O,Zn Cl2·2H2O于1-丁基二硫代氨基甲酸(1-丁胺與二硫化碳的反應(yīng)產(chǎn)物)的乙醇溶液中,得到含有銅、鋅、錫、硫元素的前驅(qū)體溶液。隨后經(jīng)數(shù)次旋涂制膜/低溫預(yù)燒處理后得到前驅(qū)體薄膜。最后,上述前驅(qū)體薄膜經(jīng)高溫硒化處理后,得到CZTSSe薄膜。2.制備大晶粒CZTSSe薄膜:本論文通過(guò)對(duì)影響薄膜結(jié)晶性的因素:硒化裝置、硒化時(shí)間、硒化溫度、硒粉用量和硒化次數(shù)等條件進(jìn)行優(yōu)化,采用XRD、Raman、SEM和EDS等檢測(cè)方法對(duì)樣品進(jìn)行表征,結(jié)果表明,我們成功地制備出純相的鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)大晶粒CZTSSe薄膜。3.性能表征及器件組裝:本論文采用表面光電壓測(cè)試、電阻率測(cè)試對(duì)不同結(jié)晶性的CZTSSe薄膜(納米顆粒薄膜、上層為大晶粒層下層為納米顆粒層的雙層結(jié)構(gòu)薄膜、大晶粒薄膜)的光電傳輸性能進(jìn)行表征,結(jié)果表明,大晶粒薄膜的光電傳輸性能明顯優(yōu)于納米顆粒薄膜和雙層結(jié)構(gòu)薄膜的性能。最后,采用鈉鈣玻璃/Mo背接觸層/CZTSSe光吸收層/Cd S緩沖層/Zn O窗口層/Al柵電極的器件結(jié)構(gòu)組裝電池,電池的有效面積為0.5 cm2,得到最高為2.13%的電池效率。這些工作在制備大晶粒銅鋅錫硫硒薄膜方面提供了依據(jù),為實(shí)現(xiàn)銅鋅錫硫硒薄膜電池效率進(jìn)一步提升奠定基礎(chǔ),并對(duì)未來(lái)薄膜電池的相關(guān)研究工作提供一些思路和啟示。
【關(guān)鍵詞】：薄膜太陽(yáng)能電池 銅鋅錫硫硒 前驅(qū)體溶液法 旋涂 硒化
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介9-12
• 1.2.1 工作原理9-10
• 1.2.2 太陽(yáng)能電池性能表征10-11
• 1.2.3 太陽(yáng)能電池的分類11-12
• 1.3 CZTSSe薄膜太陽(yáng)能電池12-17
• 1.3.1 CZTSSe薄膜太陽(yáng)能電池的典型結(jié)構(gòu)12-16
• 1.3.2 CZTSSe薄膜電池的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)16-17
• 1.4 本論文的選題依據(jù)和主要工作17-21
• 1.4.1 選題依據(jù)17-18
• 1.4.2 主要工作18-21
• 參考文獻(xiàn)21-25
• 第二章 大晶粒銅鋅錫硫硒薄膜的制備與表征25-47
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-27
• 2.3 結(jié)果與討論27-42
• 2.3.1 CZTSSe薄膜的制備及表征27-30
• 2.3.2 優(yōu)化硒化條件制備大晶粒CZTSSe薄膜30-42
• 2.3.3 不同結(jié)晶形貌CZTSSe薄膜比表面積測(cè)試42
• 2.4 本章小結(jié)42-44
• 參考文獻(xiàn)44-47
• 第三章 銅鋅錫硫硒薄膜的光電性能表征及電池組裝47-61
• 3.1 引言47-48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 3.2.1 試劑與儀器48
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)流程48-49
• 3.3 結(jié)果與討論49-56
• 3.3.1 CZTSSe薄膜吸收層的光電性能表征及應(yīng)用49-53
• 3.3.2 CZTSSe薄膜電池的組裝及效率測(cè)試53-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 第四章 總結(jié)與展望61-63
• 4.1 工作總結(jié)61
• 4.2 工作展望61-63
• 致謝63-65
• 碩士期間發(fā)表和已完成的工作65-66

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