基于柔性钼衬底的CZTS薄膜及其电池的制备

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铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4,CZTS)因具有较高的吸收系数(>104cm-1)、理想的直接带隙(1.4-1.5eV)、环境友好等优点,被认为是最有前途的太阳电池材料之一。基于柔性衬底的薄膜太阳电池具有成本低廉、材质轻柔、安全环保等优点,满足了市场对柔性太阳电池的需求。其中,钼箔因具有耐高温、良好的机械强度、与CZTS薄膜的热膨胀系数兼容等优点,成为柔性太阳电池衬底的最佳选择之一。本文在柔性钼衬底上,采用溶胶-凝胶法及其后硫化的方法制备CZTS薄膜。研究了硫化工艺对CZTS薄膜物相结构、形貌、组分及光电性能的影响;并对CZTS薄膜太阳电池的J-V特性进行了研究分析。主要研究结果如下:1、研究了硫化温度、硫化升温速率以及厚度对CZTS薄膜性能的影响。研究表明,随着硫化温度的增大,薄膜的物相结构发生了变化,薄膜表面的致密平整性呈现出先变好又变差的趋势;CZTS薄膜的禁带宽度、电阻率呈现先减小又增大的趋势。随着硫化升温速率的提高,CZTS薄膜的结晶性、颗粒均匀性先变好又变差;薄膜的禁带宽度、电阻率呈现先减小后增大的趋势。随着厚度的增加,薄膜的平整致密性逐渐变好。当厚度为1.5 μm、.硫化温度为500 ℃、硫化升温速率为10℃/min时,CZTS薄膜的禁带宽度为1.42 eV,电阻率为4.31Ω·cm,其光电性能较符合太阳电池吸收层的要求。2、研究了 CZTS吸收层的硫化温度、硫化升温速率和厚度对CZTS薄膜太阳电池的J-V特性的影响。结果表明,当CZTS薄膜的厚度为1.5 μm,硫化温度为500 ℃,硫化升温速率为10 ℃/min时,制备出的CZTS薄膜太阳电池具有最佳光响应,其效率达到2.25%。3、探索了基于柔性钼衬底的无Cd环保型CZTS薄膜太阳电池,其缓冲层层采用In2S3薄膜。结果表明,制备出的电池具有光响应,但是效率仅有0.37%。
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