基于CZTS薄膜太阳能电池板的制备及性能研究

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CZTS(Cu2ZnSnS4)是由铜锌锡硫四种元素组成的一种四元化合物的半导体材料,由于其具有良好的光吸收能力,因此作为太阳能电池的吸收层材料有着良好的应用前景。本文制备了CZTS薄膜和CdS(硫化镉)薄膜,并且研究了它们的光电化学性能。本文致力于CZTS薄膜太阳能电池板的核心部位CdS/CZTS异质结的制备方法的探索并且研究了光电化学性能,开展了以下研究工作:(1)CZTS纳米粉末的制备。分别以氯化铜(CuCl2)、氯化锌(ZnCl2)、四氯化锡(SnCl4)和硫脲(CH4N2S)为原料,以去离子水为溶剂在一定温度下搅拌后得到谈黄色的澄清溶液,通过水热法制备了CZTS粉末,最后将粉末烘干后通过马弗炉进行退火处理。用水热法在不同反应温度下制备的CZTS粉末,采用XRD、SEM、UV-Vis等设备对其进行表征测试,研究了不同温度下制备的CZTS粉末的结晶度、光吸收率等性能。(2)CZTS薄膜太阳能电池中的吸收层(CZTS薄膜)制备。将制备好的CZTS粉末加以研磨后制成CZTS浆料,然后运用丝网印刷技术制备CZTS薄膜,进行一系列退火处理后得到良好的CZTS薄膜。采用SEM、UV-Vis、电化学工作站等设备对其进行表征测试,研究发现研磨的浆料的程度、CZTS薄膜的退火温度都对其光吸收率和光电导率有着重要影响。(3)CZTS薄膜太阳能电池的缓冲层(硫化镉薄膜)的制备。采用氯化镉(CdCl2)、氯化铵(NH4Cl)和硫脲(CH4N2S)为原料,通过水浴法探讨在不同温度、pH值的条件下制备了硫化镉薄膜,后续通过马弗炉进行了不同温度的退火处理。采用XRD、SEM、UV-Vis、电化学工作站等设备对硫化镉薄膜进行表征,研究表明,在反应溶液温度为70 oC左右、溶液pH值为10时,制备出的薄膜样品进过退火后得到结晶度好、透光性好和光电导好的硫化镉薄膜。(4)本文在最后还制备出了CZTS与硫化镉的P-N结。先在刻蚀好的FTO玻璃上沉积一层均匀的硫化镉薄膜,再在硫化镉薄膜衬底上通过丝网印刷工艺制备一层CZTS薄膜,最后印上碳电极后放到马弗炉中进行一系列退火处理。用500 W的氙灯光源透过AM1.5滤光片后模拟太阳光来照射P-N结,再通过电化学工作站对P-N结进行测试表征后得到电池的一些性能参数。
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