Cu2ZnSnS4納米顆?？煽刂苽浼捌浔∧ぬ柲茈姵仄骷难芯?pdf

1、目前化石燃料仍然是當今人類社會能源的主要來源。但是化石燃料的使用同時會釋放有害氣體造成環(huán)境污染，并且這些能源是不可再生能源，隨著時間的推移，化石能源將完全消耗，因此尋找一種環(huán)保的可再生能源是亟待解決的問題。太陽能是一種儲存豐富的可再生能源，其中光伏電池提供了全新的使用太陽能資源的方法，但是生產(chǎn)成本較大一直制約著太陽能電池的大規(guī)模應(yīng)用。如果可以利用更加成熟的制備手段，那么利用太陽能電池產(chǎn)生能量的方式將更加低成本，效率高。Ⅰ2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4

2、半導體材料，包括銅鋅錫硫，銅鋅錫硒以及銅鋅錫硫硒，以其元素含量豐富，材料體系穩(wěn)定的特點在過去的一段時間里在薄膜太陽能電池器件領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。相比于真空法制備含有五種元素的多元化合物材料中所面臨的制備工藝復雜，生產(chǎn)成本較高的缺點和不足，基于納米顆粒的溶液法可以很好地改善并解決真空法所面臨的問題。
　　本論文將闡述基于納米顆粒的溶液法制備高效率銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池器件的過程及研究影響光電轉(zhuǎn)化效率的原因。論文將按照時間順序論

3、述制備銅鋅錫硫納米顆粒的原理和過程以及銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率從零到7.5％的過程，具體地論文將包括以下三個內(nèi)容:
　　首先，研究了采用熱注入法制備形貌和組分可控的銅鋅錫硫納米顆粒。系統(tǒng)研究了前驅(qū)體濃度，前驅(qū)體種類以及前驅(qū)體中金屬比例對合成的銅鋅錫硫納米顆粒結(jié)構(gòu)，形貌和組分的影響。采用硫脲為硫源時可以制備出形貌均勻，尺寸分布窄，且具有鋅黃錫礦(kesterite)結(jié)構(gòu)的銅鋅錫硫納米顆粒;同時合成的銅鋅錫硫納米顆粒中Cu

4、/Zn+Sn以及Zn/Sn的比例可以分別在0.8到1之間和1.0到1.3之間調(diào)控。分析表明硫脲對形成形貌均勻，尺寸分布窄的銅鋅錫硫納米顆粒起著至關(guān)重要的作用，在反應(yīng)過程中硫脲逐漸分解出硫源是其中最主要的原因。而且通過對于不同時間下銅鋅錫硫納米顆粒形貌的表征，表明由于硫脲分子對稱結(jié)構(gòu)的影響，銅鋅錫硫納米顆粒只能在一個方向上生長，最終形成均勻的紡錘形狀。紫外可見光光譜測試表明在可見光范圍內(nèi)，銅鋅錫硫納米顆粒具有較高的吸收，其光學帶隙為1.5

5、2 eV，是一種適合做太陽能電池器件的吸收材料。
　　其次，論文研究了使用簡單的旋涂方法和滴注方法制備銅鋅錫硫前驅(qū)體薄膜，探索了墨水濃度，旋涂速度對于薄膜厚度的影響，最終采用200 mg/ml的墨水通過4次旋涂制備出厚度大約1μm的銅鋅錫硫薄膜。為了得到結(jié)晶質(zhì)量較好的吸收層，論文還研究了不同氣氛下和不同硒化溫度對銅鋅錫硫前驅(qū)體薄膜結(jié)構(gòu)，組分，光學性質(zhì)的影響?？偨Y(jié)了硒氣氛下結(jié)晶質(zhì)量較好的銅鋅錫硫硒吸收層是通過最初形成Cu2-xSe而

6、后又完全消失的自發(fā)過程形成的。在硒化過程中錫的損失造成了銅鋅錫硫硒吸收層中金屬比例失配，同時也嚴重影響銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池器件的光電轉(zhuǎn)化效率，只有3.81％;而通過在硒化過程中添加錫粉，可以有效的減少吸收層中金屬比例偏離，薄膜電池的光電轉(zhuǎn)化效率得到了顯著的提高，達到了7.50％。Mott-Schottky測試方法進一步揭示了較少的缺陷濃度對于高效率薄膜太陽能電池的重要性。
　　最后，論文還闡述了使用熱注入法制備出一種新的元素含