由于元素豐富并且無毒,Cu₂ZnSnS₄（CZTS）太陽能電池在過去十年中引起了廣泛關(guān)注,并且在2018年,Chang Yan等人將純CZTS太陽能電池的世界記錄效率做到11%。普遍公認的最高效率的CZTSSe依然為12.6%。本論文主要針對銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS₄）太陽能電池的吸收層晶體和電池器件的制備工藝及性能開展了研究。利用共濺射方法和硫化退火工藝制作了CZTS吸收層材料。并對樣品的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和光電特性等進行了測試與分析。主要研究了窗口層和CdS/CZTS界面的優(yōu)化工藝,并且在鍍Mo玻璃上生長了包含CBD-CdS/CZTS異質(zhì)結(jié)的Cu₂ZnSnS₄電池器件。通過組份和界面的優(yōu)化,得到了7.7%（全面積）和8.2%（有效面積）的轉(zhuǎn)換效率。論文主要得到了以下結(jié)果:1.系統(tǒng)地研究了功率、壓力、溫度和時間四個關(guān)鍵濺射參數(shù)對射頻磁控濺射制備摻鋁氧化鋅（AZO）薄膜電阻和透光率的影響。發(fā)現(xiàn)薄膜電阻對上述沉積參數(shù)極為敏感,而光學透過率卻幾乎保持不變的顯著...

【文章頁數(shù)】：158 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.4.CZTS的慣用單胞結(jié)構(gòu):(a)鋅黃錫礦結(jié)構(gòu),(b)黃錫礦結(jié)構(gòu)。此圖來自文獻[20]。

KS結(jié)構(gòu)是用于太陽能電池吸收層的最佳結(jié)構(gòu),ST結(jié)構(gòu)是亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)。經(jīng)第一性原理計算可知,ST和KS兩種晶體結(jié)構(gòu)具有較小的形成能差值,大約為2.9meV/atom。由于兩者的XRD衍射峰幾乎重合,因而通常情況下硫化退火后的Cu2ZnSnS4內(nèi)兩種結(jié)構(gòu)必然共存。由GGA/FP-LAPW計....

圖1.5.鋅黃錫礦和黃錫礦結(jié)構(gòu)CZTS沿四個對稱方向的電子能帶結(jié)構(gòu)圖。此圖來自文獻[20]。

由GGA/FP-LAPW計算方法可以得到鋅黃錫礦和黃錫礦結(jié)構(gòu)的CZTS沿四個對稱方向的電子能帶結(jié)構(gòu)。如圖1.5所示,通過GGA+QP方法可以得到位于?點的鋅黃錫礦和黃錫礦結(jié)構(gòu)的CZTS帶隙能分別為1.56eV和1.42eV,其與實驗值基本一致。在鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)中,?點具有S4點群對....

圖1.6.CZTS和CZTSe的吸收系數(shù)????作為光子能量?的函數(shù)。此圖來自文獻[20]。

CZTS的熔點是1259K,在300K時的熱導率為4.72/W?m-1?K-1。CZTSe的熔點是1075K,在300K時的熱導率為4.3/W?m-1?K-1。CZTS和CZTSe均為P型半導體,遷移率分別為0.1～35cm2/Vs和1.6～39.7cm2/Vs,電阻率分別為3.....

圖1.7.Cu-Zn-Sn-S體系的偽三元相圖。紅色五角星位置代表組分的最佳配比點,即Cu/Sn=1.6,Zn/Sn=1.05。綠色圓點代表Cu2SnS3相,黃色線界定Zn/Sn=0.67至1.2,藍色線界定Cu/(Zn+Sn)=0.67至1。

在KS結(jié)構(gòu)的Cu2ZnSn(Se,S)4晶體的合成過程中,需要對組分和退火工藝予以嚴格控制,以便使得產(chǎn)物處于較窄的單相區(qū)間。如圖1.7所示,為了保證反應生成物的平衡點處在Cu2ZnSn(Se,S)4一側(cè),需要控制熱/動力學條件,包括溫度和易揮發(fā)性成分(S/Se和SnS(e))的分....

本文編號：4027444