新型銅鋅錫硫化合物薄膜太陽能電池相關(guān)材料的研究.pdf

1、隨著化石能源的枯竭和日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，尋找一種具有可持續(xù)發(fā)展的替代能源迫在眉睫。太陽能具有儲(chǔ)量巨大、綠色清潔、不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)，有望成為未來能源的重要來源之一，太陽能電池是將太陽能轉(zhuǎn)換為可直接利用的電能的裝置。目前，銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了20.3％，但是，由于銦和鎵儲(chǔ)量稀少、價(jià)格昂貴，限制了該太陽能電池的發(fā)展。銅鋅錫硫(CZTS)是一種新型的薄膜太陽能電池材料，具有接近太陽能電池理想帶隙(1.5eV)

2、的直接禁帶寬度(1.4eV～1.6eV)，以及高達(dá)104cm-1的光吸收系數(shù)，且元素儲(chǔ)量豐富，因此受到各國(guó)學(xué)者越來越多的關(guān)注。
　　 目前，制備CZTS光吸收層的方法多種多樣，有利有弊。本文旨在探索一種易控制、能大面積成膜、薄膜質(zhì)量高、純度高的制備CZTS光吸收層的方法。
　　 首先，本論文研究了作為CZTS薄膜太陽能電池背電極的Mo薄膜電阻率與退火溫度的關(guān)系，結(jié)果表明:隨著退火溫度的升高，Mo薄膜在(110)晶面擇優(yōu)生

3、長(zhǎng)增強(qiáng)，晶體的有序化程度增大，并且晶粒逐漸長(zhǎng)大，薄膜表面粗糙度明顯增大;在400℃～900℃范圍退火時(shí)，隨著退火溫度的升高薄膜的電阻率降低，在800℃達(dá)到最小值3.56×10-5Ω·cm。
　　 其次，采用反應(yīng)燒結(jié)法制備CZTS濺射靶材，研究了靶材制備工藝對(duì)其組織結(jié)構(gòu)和致密度的影響，結(jié)果表明:經(jīng)過預(yù)燒結(jié)后成功合成了沿(112)、(220)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的CZTS材料，同時(shí)隨著預(yù)燒結(jié)溫度的升高，CZTS靶材晶粒尺寸增大，在500℃預(yù)

4、燒結(jié)的靶材純度高，適合作為磁控濺射靶材;在壓制CZTS靶材時(shí)，隨著成型壓力的增大，二次燒結(jié)后的靶材致密度增大，在60MPa的成型壓力下制備的靶材形狀規(guī)則、缺陷較少，且致密度可達(dá)93.56％。
　　 最后，采用射頻磁控濺射后硫化退火的方法制備出了CZTS薄膜，并研究了薄膜的組成、組織結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量和光學(xué)帶隙等性能。得出以下主要結(jié)論:
　　 (1)在濺射功率為50W時(shí)，得到了富銅結(jié)構(gòu)薄膜，但薄膜表面缺陷較多;在功率大于等于1

5、00W時(shí)薄膜的組成為貧銅富鋅結(jié)構(gòu);在濺射功率為200W時(shí)薄膜表面平整、致密;并且未經(jīng)過硫化退火的CZTS薄膜主要為非晶結(jié)構(gòu)。
　　 (2)在200W濺射功率下的制備的薄膜，經(jīng)硫化退火后薄膜為貧銅富鋅相結(jié)構(gòu)且沿(112)、(220)、(312)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)，薄膜的組成接近最佳原予比;隨著硫化退火溫度的升高薄膜結(jié)晶程度增強(qiáng)，退火溫度為550℃時(shí)出現(xiàn)CuxS二元相并且薄膜表面出現(xiàn)大量的氣孔等缺陷;在500℃退火后薄膜晶粒飽滿且表面較平