S族元素替代法制備Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4薄膜的研究.pdf

1、光伏技術(shù)是未來人類能源領(lǐng)域的核心技術(shù)，將為社會發(fā)展提供清潔的，可持續(xù)的能源支持。薄膜太陽電池襯底的選擇性大，材料用量少，大幅降低的電池成本，使其具有廣闊的應(yīng)用前景，是第二代太陽電池的重點對象。銅鋅錫硫（CZTS）體系薄膜太陽電池憑借高的理論轉(zhuǎn)換效率，原材料的豐富性及環(huán)境友好性和很大的成本優(yōu)勢成為全球廣泛研究的熱點。其中，IBM公司的Mitzi團隊作為該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，研發(fā)制備的CZTSSe薄膜太陽電池的實驗效率已經(jīng)突破11.1％，顯現(xiàn)出巨

2、大的產(chǎn)業(yè)化前景。
　　本論文的研究采用電子束蒸發(fā)鍍膜制備Cu、Sn和Zn金屬前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體在S氣體的氛圍中退火處理的方法，并創(chuàng)新性地提出間歇式蒸發(fā)活潑金屬Zn單質(zhì)原材料，很好地控制其蒸發(fā)速率，成功地制備出雜質(zhì)少，具有單一晶相，晶粒致密，與襯底粘附性強的CZTS薄膜。因為CZTSSe薄膜是該體系中目前電池轉(zhuǎn)換效率最高的吸收層材料，所以創(chuàng)新地第一次提出采用同時硫硒化的方法制備CZTSSe薄膜，根據(jù)表征結(jié)果可以看出成功制得的 CZ

3、TSSe薄膜的晶粒尺寸相對于CZTS薄膜明顯增大，結(jié)晶性更加優(yōu)良，薄膜與襯底的粘附性有待提高，該方法具有很大的研究和應(yīng)用價值。在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地利用 S族元素替代法生成CZTSSe晶體的理論，全面地研究了硫化、硒化、同時硫硒化、先硫化后硒化及先硒化后硫化方法生長的CZTS、CZTSe和CZTSSe薄膜的主要特性，驗證了Se元素通過流動相的作用大大促進了晶粒的生長，同時可以看出CZTSSe薄膜中Se元素的含量直接決定其晶格結(jié)構(gòu)。實驗將蒸發(fā)制

4、備的金屬層前驅(qū)體在惰性氣體Ar氛圍中進行預(yù)退火處理，發(fā)現(xiàn)預(yù)退火不但促進了Cu、Sn和Zn三種金屬的擴散熔合，而且原子之間的間隙增大，更有利于S族元素進入薄膜內(nèi)部生成相應(yīng)的薄膜。經(jīng)過預(yù)退火處理的金屬前驅(qū)體會在整個薄膜內(nèi)部的各點均勻成核生長，得到薄膜與襯底的粘附性更強，內(nèi)部晶粒更加致密，薄膜平整性更高。但是由于表面小晶粒缺乏與四周包裹晶粒熔合生長，薄膜表面致密性有待進一步的提高。
　　綜上所述，本論文通過大量的對比實驗，明確了Cu、S