銅錫硫和銅鋅錫硫半導體光伏材料的制備及表征.pdf

1、銅錫硫(Cu2SnS3,CTS)和銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4,CZTS)是一類典型的多元化合物半導體光伏材料,它們憑借自身的p型導電特性、與太陽輻射匹配的禁帶寬度、在可見光區(qū)域的高吸收系數(shù)、豐富無毒的元素特性等優(yōu)點,成為薄膜太陽能電池吸收層材料領域的重點研宄對象。但現(xiàn)階段的實驗室制備技術仍不能得到結晶性能特別良好的薄膜,工藝參數(shù)仍有待改進。
　　本論文針對上述CmSnS3和Cu2ZnSnS4薄膜制備研宄中出現(xiàn)的問題和挑戰(zhàn),以制備

2、出具有柱狀晶粒的Cu2SnS3薄膜為主要目的,探索研宄了采用不同前驅體結構的Cu2SnS3制備技術,優(yōu)化了硫化退火工藝條件;以適應大規(guī)模生產技術為目的,探索了電沉積法制備Cu2ZnSnS4的實驗條件。本論文的具體研宄內容如下:
　　(1)采用Cu/Sn疊層結構金屬前驅體硫化退火的方法,制備出具有柱狀晶粒的Cu2SnS3薄膜;研宄了前驅體硫化退火時出現(xiàn)的Sn元素流失問題,發(fā)現(xiàn)了Cu2SnS3薄膜生長過程中的Cu/Sn比例自適應現(xiàn)象;

3、提出了通過選擇具有恰當Cu/Sn比例(略小于2.00)的前驅體,來避免硫化退火時出現(xiàn)Sn流失現(xiàn)象的解決方案。
　　(2)嘗試采用Cu/Sn比例為1.88的Cu-Sn合金單靶,濺射制備出Cu/Sn比例一定(約為2.00)的Cu-Sn合金前驅體,其硫化退火后成功制備出了Cu2SnS3薄膜;該制備路徑的高溫(多450°C)熱處理過程中,沒有出現(xiàn)Sn流失現(xiàn)象;通過增加預退火步驟和長時間(18h)低溫(250°C)條件下S氣氛擴散步驟,得到

4、了具有柱狀大晶粒的Cu2SnS3薄膜;通過控制退火時硫源和砸源的比例,可控地調節(jié)了Cu2Sn(S,Se)3薄膜中的S/Se比例,實現(xiàn)了Cu2Sn(S,Se)3薄膜禁帶寬度可調的目標;成功在Mo電極層上完成該路徑的Cu2SnS3薄膜制備,為進一步制備Cu2SnS3薄膜太陽能電池器件做好了準備。
　　(3)提出“采用Cu金屬單質層作為前驅體,氣相引入Sn、S元素制備Cu2SnS3薄膜”的實驗思路,并驗證了該制備路徑的可行性,在一定程度