论文部分内容阅读
铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4),铜锡硫(Cu2SnS3)元素矿藏丰富无毒,为P型直接带隙半导体材料,光电学性质优良,是薄膜太阳电池吸收层较佳候选材料。近年来,非真空法制备Cu2ZnSnS4材料受到广泛关注,并获得了最高效率。溶胶-凝胶法是一种绿色廉价的溶液法,本实验室基于该法制作的Cu2ZnSnS4薄膜太阳电池效率在3%以上,为进一步提高其光电转换效率,本实验针对背接触改性和硫化压强做了研究。此外,首次采用溶胶-凝胶法制作了Cu2SnS3薄膜,并对其成分和低压硫化温度做了较为系统的探索,制作的Cu2SnS3薄膜太阳电池获得了0.58%的光电转换效率。研究内容包括以下几个部分：1)研究不同厚度TiB2对溶胶-凝胶法制作的Cu2ZnSnS4薄膜太阳电池吸收层和器件性能的影响。实验发现,TiB2薄膜作为中间层可以优化Cu2ZnSnS4吸收层和钼(Mo)背电极之间的界面,有效抑制硫化钼(MoS2)的形成,降低串联电阻,显著地提高短路电流密度和填充因子,提高器件的效率。但过厚的TiB2会降低Cu2ZnSnS4吸收层的结晶性,降低器件的开路电压,从而降低器件的光电转换效率。因此,要将TiB2控制在合适的厚度范围内,才能使器件背接触区域的MoS2较薄,同时保证吸收层中Cu2ZnSnS4结晶性好。2)溶胶-凝胶法制作的Cu2ZnSnS4低压硫化薄膜太阳电池获得了5.7%的效率,与效率为4.1%的常压硫化样品相比,其开路电压和填充因子均提高。低压硫化吸收层薄膜中晶粒更大,晶界较少,且没有SnS二次相的存在,这有利于提高电池的开路电压和填充因子。且低压硫化能够减少背接触区域MoS2的厚度,但硫化后样品表面的ZnS二次相含量增高。综合来看,低压硫化对器件的短路电流密度影响较小,可增加电池开路电压,提升光电转换效率。3)首次采用溶胶-凝胶法制作Cu2SnS3薄膜太阳电池。探索发现Cu/Sn金属比为1.79的前驱体薄膜,高温低压硫化(580℃和600℃)后表面较为致密,Cu2SnS3晶粒较大,适合作为薄膜太阳电池的吸收层。以Cu/Sn为1.79,580℃低压硫化薄膜制作的Cu2SnS3器件,吸收层中Cu/Sn比为1.82,获得了0.58%的光电转换效率。