基于硫醇有机胺体系CZTSSe薄膜吸收层的制备及其光电性能研究

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锌黄锡矿结构的CZTSSe半导体材料凭借组成元素在地壳中含量丰富且低毒环保、具备可调的光学带隙(1.01.5 eV)、较高的光吸收系数(>104 cm-1)等优点,备受国内外研究者的关注。目前CZTSSe薄膜太阳能电池认证的最高效率12.6%是基于无水肼溶液法制备的,而由于肼是剧毒物质,不仅对人体有害而且对环境也不利,因此发展绿色溶剂的制备方法具有很好的现实意义。本文中选择了低毒、相对环保的硫醇-有机胺溶液体系来制备CZTSSe薄膜吸收层。主要探索了CZTSSe薄膜制备硒化工艺的最佳条件以及稀土元素La掺杂对CZTSSe薄膜吸收层的光电性能的影响。详细的内容如下:1.利用乙醇胺、巯基乙酸、乙二醇甲醚的混合溶剂来溶解CuO、ZnCl2、SnCl2配置出CZTS前驱体溶液,通过旋涂、低温烧结7次循环获得CZTS预置薄膜,进一步高温硒化得到CZTSSe薄膜吸收层。实验结论如下:在硒化温度为540℃、硒化时间为10 min的条件下所制备的薄膜无杂相、晶化程度最好,薄膜表面晶粒最致密均匀,且薄膜的光学带隙值接近于1.2 eV。通过在CZTS前驱体溶液中引入硒源Se单质来促进薄膜的小颗粒层晶粒的生长,制备了五组在CZTS前驱体溶液中溶于不同量的Se单质所形成的CZTSSe薄膜。经过测试五组薄膜样品的XRD,发现薄膜沿着(112)晶向的衍射峰随着Se添加量的增加有一个向小角度的偏移,即说明Se有效的进入了晶格之中。经过SEM的表征分析,通过此方法在薄膜中引入Se确实可以促进晶粒的生长,使得薄膜晶粒大小更加均匀,同时对小颗粒层的晶粒也起到了促进生长的作用。2.对于稀土元素La掺杂所制备的CZTSSe吸收层薄膜,经过XRD、Raman的表征分析,当La元素的掺杂量为0.10 mmol时所制备的薄膜无杂相且衍射峰的峰强最尖锐,其晶化程度最佳;掺杂之后的薄膜光学带隙有一个0.10.2 eV的展宽;经过薄膜的I-V测试发现,掺入稀土元素La所制备的薄膜相较于未掺杂的其导电性能均有一个很好的提升,而且掺杂量也为0.10 mmol时,I-V曲线测试表明其电导率最大。
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