溶膠—凝膠法制備銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)和銅錫硫(Cu2SnS3)薄膜太陽電池.pdf

1、銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)，銅錫硫(Cu2SnS3)元素礦藏豐富無毒，為P型直接帶隙半導體材料，光電學性質優(yōu)良，是薄膜太陽電池吸收層較佳候選材料。近年來，非真空法制備Cu2ZnSnS4材料受到廣泛關注，并獲得了最高效率。溶膠-凝膠法是一種綠色廉價的溶液法，本實驗室基于該法制作的Cu2ZnSnS4薄膜太陽電池效率在3％以上，為進一步提高其光電轉換效率，本實驗針對背接觸改性和硫化壓強做了研究。此外，首次采用溶膠-凝膠法制作了Cu2SnS

2、3薄膜，并對其成分和低壓硫化溫度做了較為系統的探索，制作的Cu2SnS3薄膜太陽電池獲得了0.58％的光電轉換效率。研究內容包括以下幾個部分:
　　1)研究不同厚度TiB2對溶膠-凝膠法制作的Cu2ZnSnS4薄膜太陽電池吸收層和器件性能的影響。實驗發(fā)現，TiB2薄膜作為中間層可以優(yōu)化Cu2ZnSnS4吸收層和鉬(Mo)背電極之間的界面，有效抑制硫化鉬(MoS2)的形成，降低串聯電阻，顯著地提高短路電流密度和填充因子，提高器件的效

3、率。但過厚的TiB2會降低Cu2ZnSnS4吸收層的結晶性，降低器件的開路電壓，從而降低器件的光電轉換效率。因此，要將TiB2控制在合適的厚度范圍內，才能使器件背接觸區(qū)域的MoS2較薄，同時保證吸收層中Cu2ZnSnS4結晶性好。
　　2)溶膠-凝膠法制作的Cu2ZnSnS4低壓硫化薄膜太陽電池獲得了5.7％的效率，與效率為4.1％的常壓硫化樣品相比，其開路電壓和填充因子均提高。低壓硫化吸收層薄膜中晶粒更大，晶界較少，且沒有SnS

4、二次相的存在，這有利于提高電池的開路電壓和填充因子。且低壓硫化能夠減少背接觸區(qū)域MoS2的厚度，但硫化后樣品表面的ZnS二次相含量增高。綜合來看，低壓硫化對器件的短路電流密度影響較小，可增加電池開路電壓，提升光電轉換效率。
　　3)首次采用溶膠-凝膠法制作Cu2SnS3薄膜太陽電池。探索發(fā)現Cu/Sn金屬比為1.79的前驅體薄膜，高溫低壓硫化(580℃和600℃)后表面較為致密，Cu2SnS3晶粒較大，適合作為薄膜太陽電池的吸收層