銅鋅錫硫(CZTS)作為p型四元化合物半導(dǎo)體材料,因其原料豐富、成本低、無毒、光吸收系數(shù)高和理論轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。由于CZTS與目前商業(yè)應(yīng)用的CIGS材料有著類似的結(jié)構(gòu),因此有著巨大的應(yīng)用前景。采用磁控濺射法沉積的金屬預(yù)制層或含硫預(yù)制層在經(jīng)過高溫硫化之后,CZTS薄膜表面不平整且經(jīng)常存在孔洞,因此本文采用濺射CZTO預(yù)制層,研究含氧預(yù)制層對(duì)薄膜結(jié)晶質(zhì)量的影響。本論文的具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)采用疊層順序?yàn)镸o/ZnO/Sn/Cu的預(yù)制層,研究了一步退火和兩步退火對(duì)CZTS薄膜光學(xué)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示薄膜的光學(xué)禁帶寬度約為1.5eV,一步退火制備的CZTS薄膜底部存在較多的碎晶粒和孔洞,兩步退火制備的薄膜表面平整且致密。基于兩步退火工藝制備得到CZTS電池器件,其最高光電轉(zhuǎn)換效率為1.09%。EQE結(jié)果表明CZTS太陽電池的吸收層存在嚴(yán)重的光生載流子復(fù)合。通過研究?jī)刹酵嘶鹬械念A(yù)退火工藝,發(fā)現(xiàn)預(yù)退火有利于CZTO中O元素的擴(kuò)散,從而減少底部S對(duì)O元素的替換,最終抑制了因?yàn)镾和O替換產(chǎn)生的孔洞。(2)為了使O均勻擴(kuò)散,調(diào)整濺射順序?yàn)镸o/ZnO/Sn/ZnO/Cu,其中底層ZnO濺射的厚度分別為180 nm、140 nm和100 nm,總厚度為220 nm,退火之后得到的CZTS薄膜樣品被分別定義為T-1、T-2和T-3。觀察SEM形貌圖發(fā)現(xiàn),T-2樣品的結(jié)晶質(zhì)量最好且晶�？v向分布比較致密,T-1和T-3樣品中都分布著碎晶粒。最終,基于樣品T-2成功制得CZTS太陽電池,電池的最高轉(zhuǎn)換效率為2.06%,EQE結(jié)果表明電池中吸收層的復(fù)合減少,最終短路電流密度從7.18mA/cm~2升高到了12.11 mA/cm~2。(3)為了促進(jìn)合成Cu_6Sn_5合金相,預(yù)制層的疊層順序采用Mo/ZnO/Sn/Cu/ZnO。SEM表面和斷面形貌顯示薄膜結(jié)晶質(zhì)量提高,制備得到CZTS電池的效率為2.85%,但是電池的開路電壓僅為0.472 V。通過擬合J-V特性曲線推出電池的二極管品質(zhì)因子A和反向飽和電流J_0,分析得出電池開路電壓虧損的原因:空間電荷區(qū)存在嚴(yán)重復(fù)合。隨后討論了異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)空間電荷區(qū)復(fù)合的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)為典型的交錯(cuò)式(Cliff-like)能帶排列且導(dǎo)帶失調(diào)值為0.29 eV,說明異質(zhì)結(jié)內(nèi)存在嚴(yán)重的多子復(fù)合并造成較大的開路電壓虧損值。通過對(duì)異質(zhì)結(jié)進(jìn)行低溫退火,將導(dǎo)帶失調(diào)值減小到了0.17 eV,最終電池的開路電壓提升到了0.503 V,優(yōu)化后的電池效率為3.14%。(4)采用Mo/ZnO/Sn/Cu/ZnS的疊層順序制得CZTS薄膜,形貌分析表明CZTS薄膜結(jié)晶致密,表面不存在孔洞,元素在薄膜縱向分布呈現(xiàn)貧銅富鋅的特點(diǎn)。最終制備得到的CZTS太陽電池的效率為3.08%,電壓為0.521 V,短路電流密度為10.89 mA/cm~2,填充因子為54.43%。最后,通過TEM和EDS線掃描測(cè)試了電池?cái)嗝娴奈⒂^形貌和元素分布,發(fā)現(xiàn)CZTS薄膜中不存在明顯的晶界且元素在縱向分布比較均勻,確定了MoS_2層的厚度為75-80 nm。總之,采用CZTO預(yù)制層制備CZTS薄膜,不僅有利于提高結(jié)晶質(zhì)量,而且還提高了薄膜表面和致密性,抑制了過厚的MoS_2層,有益于CZTS太陽電池性能的提升。
【學(xué)位單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

2會(huì)增大器件的串聯(lián)電阻，造成 CZTS 太陽電池性能下降，因此選擇合適的溫度壓強(qiáng)就顯得非常重要。圖1.4 為合成CZTS 的三元相圖，可以從圖中看到，貧銅條件下 CZTS 相的穩(wěn)定區(qū)域范圍很小，單相鋅黃錫礦的區(qū)間相對(duì)較窄，這意味著在合成 CZTS 樣品中很容易有二次相的生成，因此 Cu、Zn 和 Sn的組分不協(xié)調(diào)就會(huì)導(dǎo)致 ZnS 或 CuSX等二次相的生成。目前，對(duì)預(yù)制層成分比例的研究已經(jīng)很多，有的研究結(jié)論得出在 0.7＜Cu/(Zn+Sn)＜0.8

第一章 緒論（a）（b）（c）所示，分別是硫化 20min、40min、60min 得到的 CZTS 薄膜，隨著硫化時(shí)間的增長(zhǎng) CZTS 薄膜的晶粒尺寸逐漸變大，但當(dāng)薄膜超過 40 min 的硫化時(shí)間之后表面產(chǎn)生了很多孔洞。根據(jù)上面的推論，這應(yīng)該是 Sn 元素大量流失的結(jié)果。這種孔洞對(duì)電池性能不利，因此制備單相的 CZTS 薄膜需要控制好硫化氛圍、溫度和時(shí)間。

第一章 緒論較窄的帶隙（Eg-CBO），所以 CdS 和 CZTS 構(gòu)成的界面復(fù)合嚴(yán)重。這種復(fù)合機(jī)制可根據(jù)開路電壓公式推出[50]： = ln( 00 ) (1.7當(dāng) T=0 K 時(shí)，推出的 qVoc=Ea將小于 CZTS 的禁帶寬度 Eg，此時(shí)會(huì)損失 CZTS的開路電壓。其中 Voc為太陽電池的開路電壓，q 為單位電荷數(shù)，A 為理想情況下二極管因子，T 為溫度，J00為二極管電流密度的指前因子，JL為光生電流密度，Ea為激活能，K 為玻爾茲曼常數(shù)。ChangYan 等通過測(cè)試變溫的 J-V 曲線，從而推導(dǎo)出了 Ea的值越接近 CZTS 的禁帶寬度 Eg，此時(shí) CdS 和 CZTS 構(gòu)成的能帶排列越平緩，開路電壓虧損越小[18]。CZTSSe 太陽電池的異質(zhì)結(jié)界面被認(rèn)為是跨越式的能帶排列，因此存在較小的電壓虧損值[51]。關(guān)于 CZTS 太陽電池的異質(zhì)結(jié)界面，既有報(bào)道跨越式的也有報(bào)道交錯(cuò)式的，總的來說，文獻(xiàn)報(bào)道CZTS 與 CdS 異質(zhì)結(jié)界面能帶失調(diào)值小于 0 的交錯(cuò)式能帶階躍占主導(dǎo)地位[52]。
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8 ;薄膜光學(xué) 其他[J];中國(guó)光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘;2006年05期

9 江月松,李翠玲,盧維強(qiáng);一種簡(jiǎn)易的薄膜光學(xué)特性測(cè)量裝置[J];光學(xué)技術(shù);2002年01期

10 ;薄膜光學(xué)性質(zhì)的測(cè)定[J];激光與紅外;1977年02期

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