铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄,简称为CZTS）与铜铟镓硒（CIGS）薄膜材料结构类似,其组成元素丰富、无毒,具有较高的吸收系数(10⁴ cm^-1)和接近最佳带隙的禁带宽度（1.45eV）。它的理论光电转化效率达32.2%（开路电压1.23V、短路电流29 mA/cm²、填充因子90%）,在薄膜太阳电池领域具有极大的发展潜力。本文采用溅射和溶胶-凝胶两种方法制备了Ag掺杂CZTS薄膜,在材料制备方面进行了系统深入的研究,具体开展了以下三个方面的工作:1.在钠钙玻璃上,采用直流电源溅射制备Mo电极,然后利用射频电源分别溅射Cu、ZnS、Sn和Ag靶,并改变Ag在金属叠层中的顺序,研究不同位置的Ag对CZTS性能的影响。结果表明,Ag并不会稳定在沉积的位置,而是在硫化过程中不断扩散,扩散并不能使Ag均匀分布于CZTS吸收层中,因为溅射法制备的金属堆叠足够致密,抑制了Ag的快速扩散;Ag与其他金属形成合金后扩散速率减缓;Ag的掺杂量低,浓度差引起驱动力较低。因此,Ag的不同叠层位置会引起Ag在吸收层内的不均匀分布。采用ZnS-Ag-Sn-Cu的预制层顺序,有利Ag在上表面的富集,从而增大了CZTS的晶粒尺寸,并减少Sn元素的损失。最终,采用此结构制得的ACZTS薄膜电池的最高效率为2.90%,开路电压为600 mV,短路电流密度为12.00 mA/cm²。2.研究了硫分压对ACZTS的性能影响:将上述结构优化的ACZTS预制层放置于开有小孔的石墨舟内,通过改变硫粉的添加量控制硫分压。研究得出,较低的硫分压会造成硫/金属的比率低于1,这说明了低硫分压下硫化进程并不充分,且SEM图显示表面孔洞较多,这是由于Sn元素损失造成的。高硫分压下,硫/金属比率大于1,且生成较厚的MoS₂,使器件的电学性能恶化。因此,我们通过调整硫粉的量,找到了合适的硫分压,从而得到了表面无孔洞、MoS₂较薄的ACZTS吸收层,光电性能显著提高。3.在镀Mo的钠钙玻璃上利用射频电源溅射一层20²5 nm的Ag作为衬底。此后,以二甲基甲酰胺为溶剂,依次溶解乙酸铜、乙酸锌、氯化亚锡和硫脲。配置含有铜、锌、锡、硫的前驱体溶液。随后将溶液滴定到Ag衬底上,依次旋涂、加热,重复8¹0次即可制得ACZTS预制层薄膜,高温硫化后,得到ACZTS薄膜。测试结果显示:Ag显著加强了CZTS吸收层与Mo背电极的附着性,提高了CZTS的结晶性,并增强了器件在长波方向的吸收。最终,得到的CZTS太阳电池效率为3.43%,开路电压为631 mV,短路电流密度为14.37 mA/cm²。其后,我们对溶胶-凝胶的组分进行微调,对旋涂-硫化工艺进行改进,并利用多次硫化的手段制备出完整大晶粒的ACZTS薄膜,开路电压达到674 mV,短路电流密度为18.46 mA/cm²,光电转换效率为3.5%。其中,开路电压和短路电流密度值与当前高效率的太阳电池已经十分接近,然而填充因子很低,这是限制效率提升的关键因素。提升填充因子,是我们今后需要改进和努力的方向。