近年来,铜锌锡硫（CZTS）薄膜太阳能电池由于其组成元素储量丰富、价格低廉而受到人们的极大关注,尽管CZTS的最高光电转换效率已经达到了12.6%,但当前的效率还远远落后于CIGS薄膜太阳能电池的光电转换效率和其自身的最高理论转换效率（32%）。其中主要的原因在于CZTS纯相形成的相窗口较窄,CZTS作为一种四元半导体材料,其组成元素众多,反应过程极其复杂,反应路径难以控制,在反应过程中极易生成杂相。众多的研究表明,三元Cu2Sn（S,Se）3（CTS）中间相在高质量CZTS吸收层材料生成过程中起着重要的作用,因此掌握和控制CTS的生成过程、熟悉其基础光电特性对于发展高性能的CZTS薄膜太阳能电池具有重要的意义。CTS作为一种三元化合物半导体材料,其本身包含多种晶系,如单斜、立方和四方等,其中单斜晶系本身也是一种比较理想的薄膜太阳能电池吸收层材料。就目前的研究现状而言,CTS薄膜太阳能电池的实验室最高效率仅有5.2%,还远远落后于其高达30%的理论转换效率。事实上,作为一种三元化合物半导体材料,其反应过程和反应路径也较为复杂,在其反应过程中容易生成的Cu3SnS4、SnS和Cu4Sn7S16等反应中间相,这些中间相具有不同的生成速率和生成温度条件范围,使得对CTS最终生成的反应路径以及在生成过程中产生中间相的种类控制变得较为困难;另一方面CTS吸收层薄膜中产生的缺陷对于太阳能薄膜器件效率的影响也是巨大的,其中Cu Sn深能级缺陷作为载流子复合中心严重限制了CTS中少数载流子的寿命,由于上述这些不利因素,造成了CTS太阳能电池存在严重的开路电压损耗(Voc-deficit)和较低的短路电流密度(Jsc)。现有理论计算发现在生成CTS的反应路径中SnS二元相的存在对生成高质量的CTS的生成起着关键作用,但在现有CTS三元相的制备中,SnS的生成和最终的反应路径是随机而难以控制的。针对上述问题,本论文从优化和控制CTS的反应路径这一研究思路出发,通过磁控溅射法以Cu/SnS叠层预制层为基础,制备高质量CTS吸收层薄膜。首先对Cu/SnS预制层制备单斜晶系CTS吸收层的基础退火工艺进行探索,并详细地研究了退火温度和SnS用量对CTS薄膜结晶度和纯度的影响。随后通过光学和电学表征对单斜晶系CTS的生成过程进行详细分析,并得出控制其反应过程的规律。最后再通过空气退火工艺使得器件的深能级缺陷密度降低,减少了载流子复合中心从而提高了器件效率,本论文具体研究内容和结果如下:1、基于Cu/SnS（磁控溅射法）叠层预制层制备高质量CTS吸收层薄膜。首先在无硫和有硫退火氛围中分别对Cu/SnS预制层进行退火,研究结果表明:在无硫退火条件下制备的薄膜其表面晶粒较小且底部有较多空洞;而在有硫条件下制备的吸收层薄膜表面晶粒较大且平整致密。因此在硫氛围中退火处理对于高质量CTS的合成是有利的;随后又探究了不同退火温度对薄膜的影响,当退火温度为540℃时,薄膜结晶度较为良好,光电转换效率为0.58%;为进一步提高器件效率,又对预制层中SnS厚度对薄膜质量的影响进行了探究,研究结果表明,当SnS厚度为710 nm时,CTS吸收层薄膜的组分较为合理,其光电转换效率效率可有效提升至1.29%。2、对三元CTS吸收层材料合成路径的探索分析。为了明确Cu/SnS叠层预制层硫化过程中薄膜晶相及组分随温度变化的规律,使其能够严格按照Cu+SnS→Cu2SnS3的反应路径进行,在该部分的研究工作中利用快速退火炉对不同退火温度区间内制备的薄膜进行较为全面的光学表征,以此确定了Cu/SnS叠层预制层硫化过程中各阶段生成的薄膜晶相及组分变化,并探究了CTS（单斜晶系）薄膜的最佳合成路径。主要研究结果表明:在退火温度为540℃条件下,随着退火时间的延长（1800 s）,位于薄膜顶部的β-CTS相（立方晶型）完全转变为γ-CTS相（单斜晶型）。3、空气退火对CTS薄膜吸收层缺陷的影响。首先探究了沉积CdS缓冲层之后的吸收层薄膜在不同退火温度下其器件性能的变化规律,结果发现在空气退火温度为260℃时器件效率从原来的1.29%提高至3.24%。通过XRD和Raman表征,结果发现:一方面,在空气中退火促进了缓冲层CdS的再结晶,从而提高了器件效率;另一方面通过对器件进行DLTS表征发现,260℃退火有助于Cd离子扩散到CTS吸收层,Cd离子的扩散对Cu Sn深能级缺陷起到了钝化作用,降低了器件的深能级缺陷浓度,减少了少数载流子的复合,从而提高了器件性能。