论文部分内容阅读
铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4,简写为CZTS）作为导电类型为P型的四元化合物半导体具有锌黄锡矿结构,与铜铟镓硒（CIGS）的黄铜矿结构相似,其组成元素无毒且在地壳中含量丰富,禁带宽度为1.5eV,具有较大的光吸收系数(大于104cm-1),理论转换效率可达32.2%,被认为是薄膜太阳电池材料的最佳选择之一。目前,关于CZTS材料的基本特性已经有较深入的理论计算报道,但是CZTS薄膜太阳电池器件却有较高的制备难度。材料本身存在的杂相和缺陷,以及薄膜结晶质量和器件膜层间的晶格失配等原因都将会抑制CZTS太阳电池转换效率的提升。本文将主要针对以上问题,提出改善薄膜制备工艺的技术方法,具体工作如下:（1）采用单靶溅射制备CZTS预制层薄膜,研究不同退火温度对薄膜性能的影响,使用相关测试设备对制备的薄膜进行表征分析,结果表明在360℃低温合金30分钟后再在500℃下高温退火50分钟制备的薄膜结晶质量较好,表面平整致密。（2）研究原位退火工艺与传统溅射后合金退火制备薄膜的区别,实验表明,在溅射完毕后,采用原位退火工艺处理,能够得到晶粒大小均匀,膜层间附着力较好的CZTS薄膜,且薄膜元素组分呈现贫铜富锌的特点,带隙为1.52eV,适合用来做为CZTS太阳电池的吸收层材料。（3）采用溅射法在Mo电极和CZTS吸收层之间镀一层超薄的ZnO薄膜,并在450℃下低温退火。实验表明这种方法在不影响CZTS晶粒生长的同时能够有效的抑制吸收层中S元素的扩散,减少Mo与CZTS膜层间MoS2的形成,从而降低太阳电池器件的串联电阻。（4）在制备得到性能较好的CZTS薄膜基础上,采用磁控溅射法制备Mo背电极;化学水浴法（CBD）制备CdS缓冲层薄膜;磁控溅射法制备本征ZnO和掺Al的ZnO窗口层薄膜;蒸发法制备Ni/Al电极。