CZTSSe薄膜太阳能电池:硒化工艺的优化

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Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)半导体因具有高光吸收系数、稳定性好、带隙可控且元素含量丰富等优点,已成为薄膜太阳能电池的研究热点,该材料所制备的太阳能电池目前已实现12.6%的光电转换效率[1]。对于获得高效率CZTSSe薄膜太阳电池,硒化工艺的优化至关重要。虽然已经有很多关于硒化工艺的研究,但是依然有很多亟需解决的问题。本文采用旋涂法制备CZTSSe薄膜前驱体,主要研究硒化过程中硒粉的用量(150 mg到850 mg)对薄膜结晶性、形貌及电池性能的影响。发现结晶性在一定量的硒粉范围内随着硒粉量的增加而提高,相应的电池效率也逐步提高,当硒粉用量从150 mg提高到750 mg时,电池的效率从3.1%提高到了5.9%。然而当硒粉量为850 mg时,效率下降到4.8%。通过SEM观察得到,CZTSSe薄膜晶粒会随着硒粉用量的增加而增大,但与此同时薄膜的表面粗糙度也逐渐增大。一方面晶粒的长大有利于高效率电池的制备;另一方面,薄膜粗糙度的增加会影响后续CdS缓冲层的沉积,影响CZTSSe/CdS界面,导致电池的效率降低。实验结果表明,当晶粒长大与随之增大的粗糙度达到平衡时得到最大的效率,而之后粗糙度的影响将大于结晶性,导致效率下降。该工作对今后进一步优化热处理工艺具有重要的指导意义。
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