電沉積法制備CuIn(Se,S)2,Cu2ZnSnS4薄膜及其結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)作為光吸收材料薄膜太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率和單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可相比，另外其薄膜化特點是單晶硅無法比擬的，這類電池更具有廣闊的應(yīng)用前景。目前該類電池最高光電轉(zhuǎn)換效率已達20.8％。2011年瑞士材料實驗所Empa在聚酰亞胺基底上制備的CIGS電池，效率高達18.7％，預(yù)示著CIGS在柔性基底上廣闊的應(yīng)用前景。在所有太陽能電池材料體系中CIGS基薄膜太陽能電池具備了高效率、低成本、容

2、易實現(xiàn)的特點。
　　在CIGS電池的發(fā)展過程中形成了主要三種技術(shù)路線:三步共蒸發(fā)、濺射后硒化、電沉積技術(shù)，其中三步共蒸發(fā)和濺射硒化法所需真空設(shè)備昂貴，生產(chǎn)成本高不利于其大規(guī)模推廣應(yīng)用。而電沉積技術(shù)具備材料利用率高、廉價、快速成膜、兼容卷對卷工藝、易于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)點，但是目前利用電沉積技術(shù)制備的電池效率較低，尚需進一步通過實驗參數(shù)的優(yōu)化以及硒化工藝的改進來提高成膜質(zhì)量，獲取符合化學(xué)計量比、結(jié)晶性良好的CIGS薄膜材料。另外，C

3、IGS大量使用了稀有元素Ga和In，這些稀有元素的大量使用會增加器件的生產(chǎn)成本。通過Zn和Sn這些豐度元素取代In和Ga等稀有元素不僅可以大幅度的降低材料成本，并且所得到的CuZnSnS4材料具有和CIGS相類似的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。目前Shafaat Ahmed采用電沉積銅鋅錫合金法構(gòu)筑了CZTS薄膜太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率高達7.3％。顯示了利用電沉積技術(shù)制備CZTS薄膜廣闊的應(yīng)用前景。
　　為了進一步優(yōu)化電沉積技術(shù)制備CIGS

4、基薄膜材料的相關(guān)工藝條件和參數(shù)，獲取符合化學(xué)計量比、結(jié)晶性良好的薄膜材料;并嘗試利用電沉積技術(shù)用Zn、Sn這些豐度元素取代In、Ga等稀有元素，制備出光電性能較好的CZTS薄膜材料，本文采用了恒電位電沉積技術(shù)開展了對CIS、CZTS薄膜材料制備方法和沉積工藝開展研究，具體研究工作如下:
　　(1)采用PS-12型電沉積設(shè)備的恒電位模式在FTO基底上一步法沉積制備CZT合金，通過調(diào)節(jié)電鍍液的pH值，獲得了和基底接觸緊密的CZT合金薄

5、膜;通過高溫硫化退火制備了CZTS薄膜，優(yōu)化了退火時間和退火溫度。實驗結(jié)果表明:在580℃硫化退火60 min后得到了致密性較好的薄膜。為評價所制備CZTS薄膜的光電性能，將薄膜用作染料敏化太陽能電池的背電極，測試結(jié)果表明:580℃硫化退火60 min的樣品，其光電轉(zhuǎn)換效率可達到1.60％，說明制備的CZTS薄膜具有較好的光電特性。
　　(2)在FTO基底上采用一步電沉積制備了CIS薄膜，考察了快速硫化退火溫度對薄膜性能的影響，以

6、及不同沉積電位對CIS薄膜光學(xué)、形貌、組成的影響。實驗結(jié)果表明:通過改變沉積電位可以獲得結(jié)晶性較好的CIS前驅(qū)體薄膜，隨著沉積電位的降低薄膜出現(xiàn)了缺銅的OVC相。薄膜隨著硫化退火溫度的升高，硫取代硒的成分增加，薄膜的結(jié)晶性逐漸變好。
　　(3)利用溶劑熱法制備了TiO2納米線陣列，采用化學(xué)水浴(CBD)法沉積CdS緩沖層，構(gòu)筑TiO2/CdS復(fù)合納米線陣列，電沉積技術(shù)在TiO2/CdS陣列上沉積了CIS薄膜材料，沉積后薄膜在350