微纳CZTS吸收层材料的制备及其光电性能研究

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摘要:铜锡锌硫Cu2ZnSnS4(CZTS)是一种具有P型导电性的新型直接带隙半导体材料,优点突出,如禁带宽度(~1.5eV)与半导体光伏电池所要求的最佳禁带宽度匹配性好,吸收系数高(可达1O-4cm-1),所含元素储量丰富,无毒,对环境污染小,现已成为最具发展的薄膜太阳能电池吸收层材料之一。本论文以化学纯金属氯化物和沉降硫为原料,优选有机溶剂三乙烯四胺作为反应溶剂,采用常温常压的液相回流法成功制备了CZTS粉体,并对其影响因素进行了深入探讨;同时通过掺入Se元素,制备出了形貌可控、禁带宽度可调的CZTSSe微纳米粉体,为开发一种高效低成本制备高质量CZTS粉体的技术路线提供了一种新思路。实验表明初始阶段采用的四种溶剂中,只有以三乙烯四胺为溶剂时才可以生成CZTS粉末,所得产物纯度高、符合化学计量比、且形貌规则,其禁带宽度为1.5eV。反应温度的提高有利于形成高质量的CZTS粉体,但鉴于三乙烯四胺的沸点温度在的266~267℃,加热到250℃时已接近沸点温度,不适宜再提高。反应时间较短时,产物的带隙宽度偏小,不利于光电转换,反应时间达到4小时后,产物的带隙宽度趋于稳定(1.5eV),适合于制备高效太阳能电池的吸收层。表面活性剂的加入,有利于加快反应的发生速度。通过对Se元素的可控掺入,制备出形貌可控的CZTSSe粉体。随着Se比例的增加,产物的微观形貌由粒状逐渐向球形状转变,表面逐渐呈现出片状。CZTSSe禁带宽度随Se的增加而逐渐变小。
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