Cu2SnS3薄膜太陽能電池的制備與性能研究.pdf

1、由于化石能源的儲(chǔ)量有限及其使用過程中帶來的環(huán)境問題，世界各國將目光投向可再生的新型能源，太陽能發(fā)電被認(rèn)為最有可能取代化石能源。由于硅基材料高度復(fù)雜的提純工藝，無機(jī)化合物薄膜類太陽能電池逐漸吸引了研究者的注意。某些無機(jī)化合物屬于直接帶隙半導(dǎo)體且具有更大的吸光系數(shù)，因此吸收層厚度只需要微米級(jí)別。砷化鎵、碲化鎘、銅銦鎵硒(CIGS)、銅鋅錫硫(CZTS)等無機(jī)薄膜太陽能電池近些年來得到了巨大發(fā)展，均達(dá)到了較高的轉(zhuǎn)換效率，其中CIGS的轉(zhuǎn)化效率

2、已經(jīng)超過了20％。在Cu族的化合物體系中，人們發(fā)現(xiàn)其中一種三元化合物銅錫硫(Cu2SnS3，CTS)所具備的一些性能，如P型導(dǎo)電、合適的帶隙寬度(0.8-1.7 eV)、高的吸光系數(shù)(104-105 cm-1)和載流子遷移率等，也適合用作吸光材料，且其所含組份更少，在組份調(diào)節(jié)上相較四元化合物更有優(yōu)勢，因此這種新型半導(dǎo)體材料具有極大的研究潛力。本文主要基于尋求制備這種新型三元化合物薄膜太陽能電池的新方法，發(fā)展了三種CTS薄膜的制備工藝，并

3、對(duì)相關(guān)電池性能進(jìn)行了探索。
　　首先，我們在第一章對(duì)太陽能電池的發(fā)展歷史和原理作了簡要介紹，并對(duì)CTS薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行了綜合分析，最后提出本文的研究課題和相應(yīng)研究內(nèi)容。
　　在第二章中我們利用化學(xué)水浴法(CBD)制備了Cu/SnS的疊層前驅(qū)體，并對(duì)后期硫化過程進(jìn)行了探究。尤其著重利用快速升溫退火(RTP)研究了CBD制備的疊層前驅(qū)體在硫化過程中的反應(yīng)機(jī)理和生長機(jī)制。表層單質(zhì)銅率先與硫蒸氣反應(yīng)生成銅的硫化

4、物，在300-400℃時(shí)與底層的SnS反應(yīng)生成四方相的CTS。同時(shí)，四方相的CTS在430℃發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變成單斜相的CTS并維持到600℃，表明單斜相的CTS為高溫穩(wěn)定相。
　　為了提高CBD的原料利用率，第三章基于CBD方法中的粉體沉淀，利用刮刀法將剩余粉體進(jìn)行涂膜，制備CTS薄膜。將沉淀在瓶底的Cu2O和SnS粉體收集清洗、離心并干燥后溶于乙醇和氨水的混合溶劑中，長時(shí)間攪拌得到粘稠漿料。將前驅(qū)膜在一定的壓強(qiáng)下進(jìn)行致密化處理后得

5、到表面光滑平整的薄膜，隨后我們對(duì)硫化參數(shù)進(jìn)行探索，發(fā)現(xiàn)在600℃保溫20 min的條件下得到了致密平整的薄膜，且晶粒尺寸也達(dá)到微米級(jí)。
　　最后在第四章中詳細(xì)介紹了利用激光脈沖沉積(PLD)濺射混合氧化物靶材制備CTS太陽能電池的方法。經(jīng)研磨、煅燒得到的SnO2和CuO粉體在高溫爐中燒結(jié)得到CTO靶材。PLD濺射時(shí)間對(duì)于薄膜厚度和形貌有巨大影響，太短的沉積時(shí)間會(huì)使薄膜太薄，導(dǎo)致高溫下開裂。硫化溫度對(duì)CTS薄膜太陽能電池的性能密切相