近年来,开发替代Cu（In,Ga）Se₂的低成本低毒性吸收层材料成为当下薄膜太阳能电池研究热点。其中Cu₂ZnSnS₄、Cu₂SnS₃、CuGaS₂等铜基多元半导体材料因其良好的光电特性备受研究者青睐。该材料一般为直接带隙材料,光吸收系数高,而且其制作工艺多样,易批量化生产。然而,实验制备的单结电池效率远低于SQ极限,因此仍有极大的开发空间。有报道Cu₂ZnSnS₄引入Se可以调节带隙（1～1.5eV）,有效改善电池性能。Cu₂SnS₃引入Ge也可调节带隙（0.91～1.56eV）,可克服输出电压低、空穴浓度过高以及低迁移率等缺点。此外,掺杂Ti或Cr可以在宽带隙CuGaS₂材料中引入中间能带,增加多个光子通道,从而在不降低V_oc的前提下有效改善J_sc,这种多带隙太阳电池的效率有望突破单结电池的SQ极限。本文拟采用SCAPS软件对以上吸收层材料太阳能电池进行模拟优化,从而为实验提供指导。本文取得的创新性成果如下:1.构建Cu₂ZnSn（S,Se）₄薄膜太阳能电池模型,在标准光照条件下考察吸收层厚度、载流子浓度、缺陷态、Se/（Se+S）组分、缓冲层载流子浓度以及厚度对电池性能的影响,并对吸收层梯度带隙模型进行模拟优化。模拟给出的优化参数:吸收层厚度2.5μm,Se/（Se+S）组分范围0.5～0.6,受主浓度10¹⁷cm^-3左右,缺陷浓度阈值10¹⁶cm^-3,缓冲层施主浓度5×10¹⁷cm^-3,厚度40～50nm。后偏析最佳带隙结构参数为0-0.56,电池转换效率有效提升至少4%,因此验证了后偏析结构的优越性。双偏析结构则由于CZTSSe/CdS界面高失调值的影响改善不太明显。2.构建Cu₂（Sn,Ge）S₃薄膜太阳能电池模型,考察背电极功函数、吸收层Ge/（Ge+Sn）组分、厚度、载流子浓度、缺陷态、缓冲层电子亲和势以及厚度对电池性能的影响,并对吸收层梯度带隙模型进行模拟。优化参数为:功函数不低于5.2eV,Ge/（Ge+Sn）组分0.3～0.5,吸收层厚度3.5μm,载流子浓度6×10¹⁶cm^-3,阈值缺陷浓度10¹⁶cm^-3,缓冲层厚度30～40nm,电子亲和势4.35eV。最佳单梯度带隙结构参数为0.9-0.3,获得的效率为19.03%,与均匀带隙结构相比,有4%的提升幅度。而双梯度结构只有在其能带拐点位于耗尽区内才可能改善电池性能,其获得的最高效率达19.9%。3.构建Ti-CuGaS₂多带隙薄膜太阳能电池模型,并考察背面场、杂质能级、掺杂浓度等参数对电池性能的影响。结果表明,背面场可增加光生电流密度,使电池效率有效提升了3.1%。Ti作为CuGaS₂多带隙电池最佳元素的结果得到了验证,并且获得了高达30%的效率。Ti掺杂浓度的增加可有效提升光生电流密度。