硫化條件對Cu2ZnSnS4薄膜結構與光學性能影響的研究.pdf

1、由于太陽能來源豐富,綠色環保等優點,被認為是最具有前景的可再生能源。太陽能電池是一種可以將太陽能轉化為電能的器件。在所有化合物太陽能電池中,CIGS(Cu2InGaSe4)電池效率最高,已經接近多晶硅電池效率。然而,CIGS薄膜太陽電池也面臨一些問題。比如,其中的一種組成元素In是稀有元素,不僅價格昂貴而且具有毒性。導致其大規模商業化生產受到限制。
　　Cu2ZnSnS4(CZTS)是利用Zn和Sn來取代CIGS中的In和Ga,用

2、S取代其中的Se。不僅能降低成本,而且更加環保。CZTS電池因為其組成元素儲量豐富價格低廉,具有降低未來電池商業成本的潛在能力。
　　本文采用了硫化氫和硫粉兩種不同硫源來硫化磁控濺射制備的Zn/Sn/Cu(CZT)金屬前驅體,成功地制備了CZTS薄膜。并通過一系列表征手段來研究不同硫化溫度、不同硫化時間以及不同預處理溫度和不同預處理時間對最終制備得到的CZTS薄膜的結構性能、表面形貌、元素比例和光學性能等的影響。
　　采用硫

3、化氫作為硫源,研究了不同硫化時間和溫度對CZTS薄膜的性能影響。發現所有樣品都具有(112)擇優取向。當硫化溫度為500℃時,隨著硫化時間的增加,透射率的吸收邊逐漸向長波段移動。而光學帶隙則會隨著硫化時間的增加而逐漸降低。CZTS薄膜的表面形貌隨著硫化溫度的升高變得平整致密,但溫度過高會導致其晶界出現微裂紋。540℃下硫化2h的樣品表面晶粒最大可達2μm,且具有最佳的結晶性。各個溫度下所制備得到的CZTS薄膜在可見光范圍內(400~80

4、0nm)的光學吸收系數都大于7×104cm-1。
　　采用硫粉作為硫源,在硫化前增加對金屬前驅體的預處理工藝,研究了不同預處理溫度和時間對CZTS薄膜性能的影響。所有薄膜都具有(112)晶面擇優生長。預處理可以有效減少Sn元素的揮發。所有不同溫度預處理后的樣品的反射率和透射率(除200℃預處理樣品在700~850nm)均低于未預處理樣品。隨著預處理時間的增加,CZTS薄膜的光學帶隙不斷減小。
　　最后在最佳的預處理時間和溫度