等离子辅助共蒸发硫化法制备Cu2ZnSnS4薄膜及其性能的研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myulyx
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
地球上一切能源归根结底都来源于太阳能,它可再生、无污染、廉价,是理想的清洁能源。当今社会对环境的保护异常重视,对可再生清洁能源的需求更为迫切。太阳能电池能够把太阳能直接转化成电能,是利用太阳辐射能比较切实可行的方法,其为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。目前,太阳能电池以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流,其具有成本低、光吸收系数高、转化率高等的优点引起了越来越多的研究者的关注。其中,铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有性能稳定、抗辐射能力强、光电转换效率高的优点,它是目前已进行规模生产的太阳能电池的主要类型。但是,由于In,Ga是稀有贵金属元素且Ga有毒性,这制约了其大规模生产和应用。  近年来,人们开始关注一种新型的光伏材料铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4,CZTS),其结构与铜铟镓锡相似,并且具有廉价、环保、安全、高效的特点。CZTS是直接带隙半导体材料,禁带宽度为1.4eV-1.6eV,光吸收系数大于104cm-1,理论光电转换率为32.2%,是理想的太阳能电池吸收层材料。但是,目前研制的CZTS薄膜太阳能电池的最高光电转换率为12.6%,所以对于CZTS薄膜制备的方法和工艺还有待进一步研究。  本文提出采用等离子体辅助共蒸发硫化法制备铜锌锡硫薄膜:首先,采用等离子体辅助共蒸发法制备Cu-Zn-Sn金属前驱体,然后在退火炉中硫化。等离子体是物质存在的一种基本形态,它是各种带电粒子以及各种中性粒子的集合体,它们处于不停的相互碰撞以及运动中,低温等离子的电子平均动能较高,对薄膜沉积有一定的影响。与传统的蒸发法相比较,等离子的辅助可以使得制各的Cu-Zn-Sn前驱体颗粒更大,提高CZTS薄膜的结晶质量,优化薄膜组分,并且能有效地抑制Zn和Sn元素的流失,提高薄膜的电学性能。  本文的研究主要分为四个过程:(1)采用Langmuir单探针诊断法和光谱法测量等离子体参数及电感耦合等离子体的放电模式随功率的变化,用于分析等离子体辅助对CZTS薄膜生长情况影响的原因;(2)提出工作气压的变化可以引起电感耦合等离子体的放电模式转化(3)分析蒸镀条件及硫化温度对薄膜生长情况的影响,用于获得最佳的薄膜制备工艺;(4)通过扫描电子显微镜,能谱分析,X射线衍射,紫外-可见分光光度计和霍尔效应测量仪进行表征,详细分析等离子体辅助作用对制备CZTS薄膜的影响。  本文研究表明:(1)放电功率和工作气压对电感耦合等离子体参数和放电模式有重要的影响:在一定条件下,气压不变时,增加放电功率,可以使等离子体的放电模式发生E-H模式转化;在功率不变的情况下,提高工作气压,可以使等离子体放电模式发生E-H-E的模式转化。(2)采用蒸发法制备薄膜时,较低的真空度有利于薄膜的生长;随着衬底温度的升高,CZTS薄膜的结晶度先增加后减小,颗粒尺寸也相应的先增大后减小;硫化温度为500℃时,可以生成较纯净的CZTS薄膜。(3)引入等离子体辅助蒸发沉积获得的Cu-Zn-Sn前驱体薄膜比传统方法制各的前驱体薄膜的颗粒尺寸更大;随着射频功率源功率的增加,铜锌锡前驱体中Zn的含量逐渐增加,薄膜颗粒尺寸先增大后趋于不变,颗粒排列的致密度不断提高。(4)高温硫化前驱体后制备的CZTS薄膜的结晶度随等离子体功率的增加先增加后减小,射频功率较高时,薄膜表面比较粗糙。(5)当射频功率源的放电功率为275W时,CZTS薄膜中元素化学计量比为最优,薄膜的生长情况最好。(6)等离子体辅助制备的CZTS薄膜相对于传统法制备的薄膜的电学性能有明显提高;通过紫外-可见光分度计测量光透射率,计算得CZTS薄膜的禁带宽度为1.47eV-1.51eV。CZTS薄膜适合作为薄膜太阳能电池材料。
其他文献
随着显示技术在工作和生活中的地位日益重要,作为新一代显示技术代表的液晶显示(LCDDisplay)技术也受到了更多的关注,其应用目前已经在以个人计算机、移动通信设备以及数码便携
对磁性铁电材料的研究,是目前国际上的研究热点之一。本文围绕磁性铁电薄膜材料的制备和性能,分别从铁磁电薄膜的制备和性能、铁磁电薄膜和传统铁电薄膜构成的复合薄膜材料以及
为探讨雌性动物卵巢摘除后,其学习和记忆能力的变化,以及引起这种变化可能的途径,并研究远志皂苷改善记忆可能途径,本论文应用行为学测定、组织化学、细胞培养等技术检测了去卵巢动物2个月、3个月和4个月后的行为变化;血清SOD、MDA活力和海马AchE活力的变化,海马NOS神经元形态和数目的变化以及远志皂苷对H_2O_2诱导的PC12细胞损伤的保护作用。结果如下:①去卵巢2个月后,动物一次性被动回避反应下
随着经济与技术的发展,人们对传统的视觉享受已不再满足,对更加真实的三维视频也有越来越高的要求。要想让三维视频能够越来越多地应用在消费应用中,编码与传输是其中不可或
本文通过对荣华二采区10
期刊
如何更好地了解和保护眼睛一直是眼科学研究者们的目标。正常情况下,人从外界获得信息的75%-87%来自视觉,90%的行为是对视觉信息的反馈。人的眼睛是一个高度精密的光学系统。许多
在出行领域,互联网专车已是明星级、改变世界的分享经济应用,是所谓的风口。该领域中,作为后来者的P2P租车,却以最快速度完成了其A+轮融资。  做车主和租车者的撮合者  杨春晖是P2P租车的创立人,其最早在BP中国负责系统项目,开发过一套业务综合管理系统。2005年,她加入了当时只有3家门店的7天连锁酒店,之后在公司参与并建立了一套包括培训、督导体系在内的酒店营运标准。2010年,杨春晖离开7天连锁
随着我国先进空间红外遥感仪器的性能、功能和可靠性等的要求不断提高,碲镉汞红外探测器需要增加其探测元数并向红外焦平面发展,同时需要提供更低的工作温度和更多的制冷量,这些
乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE,EC 3.1.1.7)是一种B型的羧酸酯酶,它在神经胆碱能突触部位和神经肌肉接头处迅速水解和灭活神经递质乙酰胆碱。本研究最近报道了在各种
经过将近二十年持续而广泛的研究,多天线/多入多出技术(MIMO)已经成为了无线通信系统性能的重要保障手段之一,被广泛应用于各类无线通信系统与标准之中,包括3G、4G、802.11、802