鋅黃錫礦材料（如銅鋅錫硫,銅鋅錫硒,銅鋅錫硫硒）是新一代薄膜太陽能電池光吸收層材料。該材料和目前在薄膜太陽能電池領(lǐng)域表現(xiàn)出色的黃銅礦材料（銅銦鎵硒）具有相似的晶體結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)。鋅黃錫礦材料具有高光吸收系數(shù)(大于10⁴ cm^-1)、可調(diào)節(jié)帶隙（1.0-1.5 eV）和良好的抗光衰竭性,且組成元素在地球上含量豐富、安全無毒,非常適合用于發(fā)展高效、廉價、性能穩(wěn)定的太陽能電池。銅鋅錫硫硒吸收層有多種制備方法,大致可以分為真空法和非真空法。其中非真空的溶液法因其操作簡便靈活,原材料利用率高等優(yōu)點得到了快速發(fā)展。目前鋅黃錫礦類電池的最高效率12.6%就是通過肼溶液法制備的。然而,肼是一種危險化學(xué)品,這限制了肼溶液法的大規(guī)模應(yīng)用。于是更加環(huán)保和安全的溶液體系,例如二甲基亞砜、胺-硫醇等溶液體系得到了發(fā)展和應(yīng)用。本論文采用乙醇胺-巰基乙酸溶液體系制備銅鋅錫硫硒吸收層和太陽能電池器件。乙醇胺-巰基乙酸等環(huán)境友好的溶液體系化學(xué)成分與肼相比更為復(fù)雜,材料制備過程中晶體生長機制還未得到完全認(rèn)識。制備過程中錫元素和鋅元素的易揮發(fā)性使得晶體生長更加難以控制。半導(dǎo)體材料... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)北京市

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

006-2015年我國能源消費情況

利用太陽能資源將對人類所面臨的能源問題和環(huán)境問題改善起到積極有利作用。光熱、光電和光化學(xué)轉(zhuǎn)換是重要的利用太陽能的方式。其中光電轉(zhuǎn)換方式可以直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，電能可以并網(wǎng)輸送使用。所以光電轉(zhuǎn)換技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。1839 年法國科學(xué)家貝克雷爾首先發(fā)現(xiàn)光生伏特效應(yīng)，大約一百年后美國貝爾實驗室制備出第一塊單晶硅電池，到現(xiàn)在商業(yè)硅電池走進(jìn)千家萬戶為人類提供能源。半個多世紀(jì)以來，光伏技術(shù)和光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展使得太陽能電池的制造成本大幅度下降，太陽能電池得到了廣泛地應(yīng)用，成為當(dāng)前發(fā)展規(guī)模最大的清潔可再生能源之一(10)。根據(jù)中國報告網(wǎng)整理，如圖 1.2 所示，我國光伏發(fā)電并網(wǎng)容量每年持續(xù)增加。到 2016 年，我國光伏發(fā)電累計裝機容量達(dá)到77.42GW，是全世界光伏發(fā)電裝機容量最大的國家(2)。在未來，對于太陽能的利用會進(jìn)一步得到發(fā)展。根據(jù)國際能源機構(gòu)（IEA）預(yù)測，到二十一世紀(jì)中葉全球光伏發(fā)電產(chǎn)能將超過 4000GW，光伏發(fā)電將成為人

四元化合物銅鋅錫硫材料在自然界中可以存在，與目前在薄膜太陽能電池領(lǐng)域表現(xiàn)出色的黃銅礦（Chalcopyrite）結(jié)構(gòu)的銅銦鎵錫材料具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，如圖1.3所示。銅鋅錫硫材料的所有組成元素都綠色無毒而且地球含量豐富，并且是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料。通過調(diào)節(jié)該材料中的硫硒的比例，可以調(diào)節(jié)材料的帶隙（從 1.0 eV 到 1.5 eV）。銅鋅錫硫材料在紫外-可見波段的光吸收系數(shù)高達(dá) 104/cm，理論轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 32.2%，非常有前景成為高效、廉價的新型太陽能電池吸收層材料(19)。1.3 銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 80 年代，日本信英大學(xué)的 Kentaro Ito 和 Tatsuo Nakazawa 首次研究了四元化合物材料銅鋅錫硫（CZTS）的性能(20)。1997 年，日本長岡國立技術(shù)學(xué)院的 Hironori Katagiri 等人第一次成功制備了 CZTS 太陽能電池，得到了 0.67%的轉(zhuǎn)換效率(21)。近十幾年來


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