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能源是工业发展乃至全球社会发展的必需品,而现在使用最多的化石能源一方面燃烧后对环境会产生很严重的污染,另一方面也面临枯竭的趋势。寻找可再生且无污染的清洁能源迫在眉睫。作为一种非常有发展前景的绿色能源,太阳能已经被广泛利用,成为人类最重要的能源来源之一。太阳能电池是太阳能直接转化为电能的核心器件,其中薄膜太阳能电池因其在原材料消耗与光电转化效率上的优势,在近些年来受到广泛关注。铜锌锡硫Cu2Zn Sn S4(CZTS)半导体化合物凭借其原材料蕴藏丰富、无毒无害并且具有合适的直接带隙(1.4-1.6e V)和可见光区较高的光吸收系数(≥104cm-1),成为了制备高效率薄膜太阳能电池的理想材料。本文分别采用磁控溅射物理气相沉积和旋涂化学液相沉积两种方法在Mo玻璃上生长CZTS吸收层,通过化学水浴法沉积Cd S缓冲层,以及磁控溅射法生长本征Zn O和ITO窗口层,制备出完整的CZTS太阳能电池。在CZTS吸收层薄膜制备的过程中,硫化工艺对于材料的生长至关重要,硫化过程直接决定了晶粒大小、择优取向晶面等晶体性质,以及微观形貌和化学计量比等。此外,多层薄膜器件结构中Mo/CZTS和CZTS/Cd S的界面复合会影响CZTS太阳能电池的开路电压,短路电流,串联电阻和填充因子等。本论文重点对CZTS薄膜的硫化工艺和界面微结构、成分、能带结构等方面进行研究,具体内容如下:(1)系统研究了CZTS薄膜晶体结构、微观形貌、薄膜厚度等随着硫化退火方式的变化规律。结果表明:在预制层合金后再硫化得到的CZTS薄膜表面形貌优于直接硫化的CZTS薄膜。通过进一步对合金和硫化的时间、温度和气氛压强等工艺参数的研究。结果表明:在氮气气氛的标准大气压下,280℃合金30分钟后冷却,再在氮气保护气氛的10000Pa气压下使硫蒸气饱和,560℃硫化40分钟后冷却后,获得的CZTS表面形貌最好,最终效率最高达到1.063%。(2)采用磁控溅射方法,在Mo电极和CZTS吸收层之间沉积了Zn O中间层,减少了硫化过程中二次相Mo S2的薄膜厚度,减小电池的串联电阻。分别沉积10nm、50nm和211nm三种厚度Zn O中间层,调整CZTS吸收层的生长参数,保持化学元素计量的统一。结果表明:当CZTS预制层保持Cu/(Zn+Sn)=0.67,Zn/Sn=1.05比例时,较厚的Zn O中间层仍然能够有效避免Zn S二次相的形成;但是由于吉布斯自由能变化的不同,不同Zn O含量的样品具有不同的CZTS形貌和形成机理;采用Zn O中间层后,最终转换效率达到4.19%。(3)采用化学溶液旋涂法沉积了CZTS:Na前驱体,该前驱体由底部7层CZTS和顶部1层掺杂Na的CZTS构成,硫化后得到Na掺杂的CZTS薄膜和太阳电池,首次报道了Na掺杂对CZTS和Cd S异质结界面能带结构和光伏性能的影响。结果表明:10%浓度Na的掺杂使得CZTS和Cd S界面悬崖状能带排列的导带最小值(CBO)由0.25e V降低到了0.1e V,太阳能电池光电转换效率提高了44%。