Cu2ZnSnS4薄膜的溶膠—凝膠法制備及其性能研究.pdf

1、近年來(lái)太陽(yáng)能光伏發(fā)電在全球范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展。薄膜太陽(yáng)能電池因?yàn)榫哂谐杀镜汀①|(zhì)量輕并且可柔性化等優(yōu)點(diǎn)在太陽(yáng)能電池中占有了一定的市場(chǎng)。理論預(yù)測(cè)Cu2ZnSnS4(CZTS)和 Cu2ZnSnSe4(CZTSe)四元硫族化合物薄膜太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，并且該類(lèi)化合物可由廉價(jià)無(wú)毒的原料合成，因而受到人們的高度關(guān)注。本文采用溶膠-凝膠(Sol-gel)法制備了CZTS薄膜，并研究了熱分解工藝和退火工藝對(duì)CZTS薄膜性能的影響。在此

2、基礎(chǔ)上，制備了CZTS/ZnO半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，并研究了其光電性能。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　(1)以二甲基亞砜為溶劑，以硝酸銅、醋酸鋅、氯化亞錫和硫脲為原料，利用溶膠-凝膠法配制了 CZTS前驅(qū)體溶液；并對(duì)其進(jìn)行了熱重和差熱分析。結(jié)果表明前驅(qū)體溶液在150℃、180℃和280℃存在明顯熱分解反應(yīng)。然后分別取適量前驅(qū)體溶液在180℃、280℃和530℃進(jìn)行干燥，將所得產(chǎn)物進(jìn)行傅里葉紅外光譜分析，結(jié)果顯示有機(jī)物在280℃基本分解完全。熱

3、分析和紅外光譜結(jié)果說(shuō)明后續(xù)薄膜制備的合適熱分解溫度點(diǎn)為280℃。
　　(2)將上述前驅(qū)體溶液利用旋涂方法在鍍鉬玻璃襯底上制備了薄膜，研究了逐層熱處理工藝對(duì)薄膜的形貌、晶體結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明制備的薄膜都為鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)的CZTS薄膜。采用逐層熱分解退火熱處理工藝制備的CZTS薄膜沒(méi)有碳雜質(zhì)的殘留，顆粒尺寸達(dá)2 um，薄膜具有更小的電阻，在光照下有明顯的光電導(dǎo)現(xiàn)象。而采用逐層退火熱處理工藝制備的CZTS薄膜存在碳雜質(zhì)，晶粒細(xì)

4、小，并且含有CuS雜質(zhì)相，薄膜具有較大的電阻。
　　(3)分別研究了退火時(shí)間(10 min、20 min、30 min)和退火過(guò)程中Sn濃度對(duì)薄膜晶相的影響。發(fā)現(xiàn)經(jīng)10 min退火的CZTS薄膜無(wú)相分離；而隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)，薄膜發(fā)生了相分離；適量的Sn補(bǔ)償可以緩解相分離的出現(xiàn)。
　　(4)在上述研究基礎(chǔ)上，用溶膠-凝膠法制備了CZTS/ZnO半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，并分析了I-V特性。結(jié)果顯示制備的CZTS/ZnO異質(zhì)結(jié)具有較好的二