【摘 要】
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锌黄锡矿结构的铜锌锡硫(CZTS)材料与目前在薄膜太阳能电池领域表现出色的黄铜矿结构的铜铟镓硒(CIGS)材料具有相似的晶体结构和光电性能。铜锌锡硫材料的光学带隙为1.5eV,更接近
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锌黄锡矿结构的铜锌锡硫(CZTS)材料与目前在薄膜太阳能电池领域表现出色的黄铜矿结构的铜铟镓硒(CIGS)材料具有相似的晶体结构和光电性能。铜锌锡硫材料的光学带隙为1.5eV,更接近太阳能电池的最佳光学带隙。铜锌锡硫太阳能电池的组成元素在地球中含量丰富,且硫比硒的毒性要小很多。因此铜锌锡硫非常适合替代含稀有元素铟及高毒性硒的铜铟镓硒来发展高效、廉价的太阳能电池。本论文针对目前铜锌锡硫太阳能电池的制备现状,旨在开发出一种低成本、环保无毒且易于规模化的制备方法。论文主要研究内容分为两个方面。第一,我们首先从合成适合用于溶液法制备铜锌锡硫薄膜的材料入手,分别用溶剂热法和热注入法制备了一系列铜锌锡硫微米和纳米粒子。研究发现用本论文中溶剂热方法制备得到的铜锌锡硫粒子一般为微米量级,且其形貌不易控制,不太适合用来制备高质量的铜锌锡硫薄膜;而使用热注入方法制备所得铜锌锡硫粒子一般为纳米量级且单分散性良好。其次,在热注入方法中,我们使用一种新型无毒溶剂聚乙二醇(PEG)代替文献中大量使用的有毒溶剂油胺制备得到了铜锌锡硫纳米粒子,并对不同溶剂的产物进行了对比研究。第二,我们将使用无毒溶剂聚乙二醇所合成的纳米粒子配制成铜锌锡硫纳米粒子“油墨”,并分别使用旋涂法和电喷雾法制备了铜锌锡硫薄膜,实验发现,本论文中电喷雾法制备的铜锌锡硫薄膜具有更好的均一性且薄膜厚度容易控制。为了进一步验证该材料的光电特性,我们对使用电喷雾制备的铜锌锡硫薄膜进行了光导测试并设计和制备了简单的混合异质结器件,实验发现,在光照条件下该材料会产生大量的光生载流子且该材料在异质结光伏器件中展示了良好的光伏特性。
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