论文部分内容阅读
铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳能电池,因制备CZTSSe原材料丰富、低毒、制备过程简单且材料带隙可调、吸光系数高(大于104 cm-1)和光电转换效率理论值较高等优点,成为太阳能电池吸收层的最佳候选材料,也成为未来最具发展前景的薄膜太阳能电池之一。本论文采用溶液法中的金属盐硫脲法,将低毒的乙二醇甲醚和硫代乙醇酸(TGA)作为溶剂,利用巯基乙酸的酸性及硫脲在酸性环境中的还原性,抑制配制溶液中阳离子被氧化制备前驱体溶液,并将溶液旋涂成膜,探究不同退火工艺对CZTSSe薄膜性能的影响;并制备稀土元素铈、镧掺杂的CZTSSe薄膜,探究稀土元素掺杂对CZTSSe薄膜的影响。主要内容如下:1.采用低毒溶液法制备了CZTSSe薄膜,通过对薄膜的物相结构、形貌特征、元素含量、元素化合价态、元素分布及光电性能等方面的表征,探究了退火工艺条件(包括低温退火温度、硒化退火温度及时间)对CZTSSe薄膜性能的影响。结果表明,在低温退火温度为320℃,硒化退火温度为540℃,硒化退火时间为10 min的条件下制备出的CZTSSe薄膜具有较好的性能,即CZTSSe具有贫铜富锌的成分(Zn/Sn=1.06,Cu/(Zn+Sn)=0.82,与最佳比值相接近),晶粒形貌较好无孔洞,Mo(S,Se)2层的厚度约为100 nm,光学带隙为1.16 eV;且制备得到CZTSSe薄膜太阳能电池的光电转换效率为1.65%。2.采用低毒溶液法,制备出了稀土元素铈、镧掺杂的不同浓度梯度的CZTSSe薄膜(Ce/(Cu+Zn+Sn)=0,1,3,5,7%;La/(Cu+Zn+Sn)=0,1,3,5,7,10%)。实验探究发现:稀土铈、镧的掺杂,对薄膜的晶粒生长有促进作用;根据物相分析,当掺杂比例Ce/(Cu+Zn+Sn)=5%时,Zn/(Sn+Ce)=1.06,Cu/(Zn+Sn+Ce)=0.88;当掺杂比例La/(Cu+Zn+Sn)=7%时,Zn/(Sn+La)=1.03,Cu/(Zn+Sn+La)=0.81,元素比例都接近贫铜富锌的最佳值;元素价态与所需价态一致,稀土元素铈、镧均显示+3价。而且稀土元素掺杂可以调节光学带隙值,改善薄膜的电学性能。结合薄膜的物相结构、形貌特征、元素含量、元素化合价态、元素分布及光电性能等综合分析,最终得到稀土铈、镧的最佳掺杂比为:Ce/(Cu+Zn+Sn)=5%,La/(Cu+Zn+Sn)=7%。