【摘要】：銅鋅錫硫(CZTS)具有1.45eV的光學(xué)禁帶寬度,接近理論上的最佳值,同時對太陽光有著高達(dá)10~4/cm~(-1)級的吸收系數(shù),是一種非常適合作為薄膜太陽電池吸收層的四元半導(dǎo)體材料,在近年來作為熱點(diǎn)材料被廣泛研究。脈沖激光沉積(PLD)是一種合適制備CZTS薄膜的薄膜沉積方法,但這種方法存在一些不足,如在利用PLD法制備CZTS薄膜時,制備的薄膜樣品會存在表面過于粗糙的問題,導(dǎo)致薄膜存在更多的缺陷,從而影響薄膜性能。另一方面,CZTS薄膜由于狹窄的穩(wěn)態(tài)相區(qū)導(dǎo)致在貧銅富鋅的最優(yōu)配比下會存在有害二次相。為了研究改善PLD法制備的CZTS薄膜器件的性能,本論文主要研究了具有能規(guī)避PLD法制備薄膜存在的粗糙問題的擋板式脈沖激光沉積法(SMPLD)所制備的CZTS薄膜的性能,同時在制備出CZTS薄膜之后研究刻蝕法這一薄膜后處理手段對薄膜性能的影響,隨后制備了CZTS薄膜器件。具體內(nèi)容如下:第一部分中研究了SMPLD法制備CZTS薄膜時的各項制備參數(shù),之后采用擋板式脈沖激光沉積(SMPLD)制備銅鋅錫硫(CZTS)薄膜,通過各項性能表征,與普通脈沖激光沉積法(PLD)制備的樣品進(jìn)行對比分析,通過對比數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)在結(jié)晶程度大致相當(dāng)?shù)那闆r下,SMPLD制備的薄膜更加致密均勻,粗糙度下降了一個數(shù)量級。第二部分中,我們通過對文獻(xiàn)的歸納,分析了CZTS薄膜中可能存在的二次相,并列出了這些二次相可能對CZTS薄膜及太陽電池造成的影響。而不同沉積方式制備的CZTS薄膜中的二次相伴隨著元素比例不同有著相當(dāng)?shù)膮^(qū)別。我們根據(jù)紫外拉曼光譜(激發(fā)光源325nm波長)、X射線衍射譜等各項表征手段,確認(rèn)本課題組采用PLD法制備的CZTS薄膜樣品中主要存在的二次相為ZnS。隨后采用濕化學(xué)刻蝕法以鹽酸試劑(HCl)對二次相進(jìn)行去除,研究了樣品在刻蝕處理前后各個性能表征上的差異。在刻蝕后的樣品表征中我們發(fā)現(xiàn)在浸泡鹽酸后樣品中的ZnS二次相含量大幅降低。在最后一部分中,我們分析了制備太陽電池中需要的各個膜層的性能要求,選擇合適的制備參數(shù),并進(jìn)行了各個膜層的制備,包括:背電極層、緩沖層、窗口層和頂電極,基于前兩章中的內(nèi)容獲得的性能良好的CZTS薄膜,實(shí)現(xiàn)CZTS薄膜太陽能電池器件制備,并對比不采用前兩部分方法制備CZTS薄膜制備電池的各項性能以驗證前兩部分采用方法的有效性。最終通過對比制備出CZTS薄膜太陽能電池的參數(shù),確認(rèn)了前兩部分方法能制備出性能更優(yōu)秀的器件。并多次制作器件以驗證其重復(fù)性,最終獲得效率4.3%的CZTS薄膜太陽能電池。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

銅鋅錫硫薄膜的制備、刻蝕及薄膜太陽能電池制備能電池綜述電池，是通過利用材料自身具有的“光生伏特效應(yīng)”（Photovoltaic 為電能的功能器件。“光生伏特效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)”（PV effect）產(chǎn)生光生電流的現(xiàn)象。太陽能電池其結(jié)構(gòu)如圖 1.2.1 所示。光伏效太陽能電池發(fā)展的實(shí)驗基礎(chǔ)。

銅鋅錫硫薄膜的制備、刻蝕及薄膜太陽能電池制備對太陽電池的深入研究，第三代太陽電池也進(jìn)入了人們的視線轉(zhuǎn)化效率，也為了降低器件制備成本，研究人員在材料性能，制量探究。于是，在第二代太陽電池的基礎(chǔ)上又陸續(xù)的發(fā)展出一些子點(diǎn)太陽能電池，疊層太陽能電池，染料敏化太陽能電池等三代太陽電池，雖然理論上光電轉(zhuǎn)換效率呈現(xiàn)出廣闊的前景和備工藝等因素，目前仍處于實(shí)驗室研究階段。

銅鋅錫硫薄膜的制備、刻蝕及薄膜太陽能電池制備對太陽電池的深入研究，第三代太陽電池也進(jìn)入了人們的視線轉(zhuǎn)化效率，也為了降低器件制備成本，研究人員在材料性能，制量探究。于是，在第二代太陽電池的基礎(chǔ)上又陸續(xù)的發(fā)展出一些子點(diǎn)太陽能電池，疊層太陽能電池，染料敏化太陽能電池等三代太陽電池，雖然理論上光電轉(zhuǎn)換效率呈現(xiàn)出廣闊的前景和備工藝等因素，目前仍處于實(shí)驗室研究階段。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 蘇正華;溶膠—凝膠法制備銅鋅錫硫（Cu_2ZnSnS_4）薄膜太陽能電池[D];中南大學(xué);2013年

本文編號：2743727