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四元化合物Cu2ZnSnS4(CZTS)为直接带隙半导体,具有较高的吸收系数(大于104 cm-1),单结太阳能电池的最佳禁带宽度(1.4-1.50 eV),而且元素储备丰富,克服了CdTe和CuIn1-xGaxSe2(CIGS)因材料的稀有所引起的无法产业化的限制,是理想的薄膜太阳能电池材料,从而受到了人们广泛的关注。本文主要从低成本制备和环境友好的角度出发,在综述了Cu2ZnSnS4太阳能电池研究现状的基础之上,运用非真空制备工艺路线(墨水涂膜和微波的方法)制得了Cu2ZnSnS4太阳能电池吸收层薄膜,并对制得的薄膜进行了系统的分析与表征。 本文的主要研究内容可分为以下三大部分: (1)纳米晶墨水涂膜法制备Cu2ZnSnS4薄膜设计了可行的溶剂热合成路线,考察了在溶剂热反应过程中反应介质、反应时间等试验参数对所得Cu2ZnSnS4的形貌及其相结构的影响,并为下一步制备薄膜的研究做好准备工作。我们选用乙二醇作为反应介质,在180℃下得到尺寸均为10-20nm的CZTS纳米晶颗粒,随着反应时间的延长其颗粒尺寸、尺寸分布和形貌并无太大变化。将反应时间为10h所得的CZTS纳米晶颗粒经墨水涂膜法制成薄膜,当涂覆多层退火后发现薄膜出现分层现象。 (2)纳米晶微球墨水涂膜法制备Cu2ZnSnS4薄膜通过改变硫源的方法,得到了由纳米晶和纳米片组装的纳米晶微球,首次采用用纳米晶微球墨水涂膜制备CZTS薄膜,得到了致密的CZTS薄膜。CZTS薄膜退火时由于Sn和S元素的挥发,致使薄膜中Zn∶Sn的比例变大,从而使得薄膜带隙变小。 (3)微波法制备Cu2ZnSnS4薄膜选用硫脲为硫源,采用微波法首次制备Cu2ZnSnS4薄膜,微波1h时得到了比较致密的CZTS薄膜。并运用XRD和SEM进行结构和形貌的表征,证明了微波法制备CZTS薄膜的可行性。