电化学一步法制备CZTS薄膜及光电性质的研究

论文摘要

铜锌锡硫Cu2ZnSnS4（CZTS）薄膜是一种新型的薄膜太阳能电池材料。它具有与单结太阳能电池所需的最佳带隙宽度（1.5eV）相近的禁带宽度,约1.4-1.5eV,其光吸收系数超过104cm-1,这使得该材料可能具有很高的光电转换效率。这一系列优异的性能使其成为最有潜力替代硅作为新型太阳能电池吸收层材料的材料。本文主要采用电化学一步法在ITO衬底上沉积生长铜锌锡硫（CZTS）薄膜。通过实验寻找最适合CZTS薄膜沉积的条件,并对结果进行分析研究。运用线形扫描法研究薄膜生长的电化学特性。分别采用恒压、恒流条件研究薄膜的制备条件,成功制备出CZTS材料。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（日本电子JSM-6360LV型）、BIO-RAD HL5500型霍尔测试仪、紫外-可见光光度计（岛津UV3600）对薄膜的表征结构及光电性质进行分析研究。发现退火温度对CZTS的生长情况、光电特性都有很大影响。在N2保护下,退火温度为550℃时,成功制备出CZTS薄膜,并测得其禁带宽度接近理论值,约为1.5eV；其载流子浓度与器件级CIGS的载流子浓度相近,可推断出,该方法制备出的CZTS薄膜材料满足太阳能电池器件制作的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 太阳能电池
• 1.1 太阳能电池的工作原理及种类
• 1.1.1 太阳能电池的工作原理
• 1.1.2 太阳能电池的种类及发展趋势
• 1.2 薄膜太阳能电池介绍
• 1.2.1 简介
• 1.2.2 发电原理及种类
• 2 CZTS简介及其制备方法
• 2.1 CZTS薄膜材料简介
• 2.2 制备方法
• 2.2.1 真空热蒸发法
• 2.2.2 电子束蒸发法
• 2.2.3 溅射法
• 2.2.4 喷雾热解法
• 2.2.5 电化学沉积法
• 2.3 本文研究内容及意义
• 3 实验
• 3.1 实验原理与步骤
• 3.1.1 实验原理
• 3.1.2 实验步骤
• 3.2 实验设备
• 3.2.1 电化学工作站
• 3.2.2 X射线衍射仪
• 3.2.3 扫描电子显微镜
• 3.2.4 霍尔测试仪
• 3.2.5 紫外可见光分光光度计
• 4 结果与分析
• 4.1 Ⅳ特性
• 4.1.1 恒电位法研究
• 4.1.2 恒电流法研究
• 4.2 CZTS薄膜晶体结构
• 4.3 表面形貌（SEM）
• 4.4 CZTS薄膜电学性质
• 4.5 CZTS薄膜光学性质
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢