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随着世界人口的不断增长,能源需求量不断加剧。目前主要的能源为化石燃料。化石能源是不可持续发展能源,化石的燃烧释放的有毒气体会严重污染环境。因此,寻找可取代传统能源的清洁能源是十分急迫的。在众多的新型能源中,太阳能是最丰富、清洁而且高效的能源之一。而太阳能电池作为将太阳能转化为电能的主要器件,引起了很多的关注。在众多的太阳能电池种类中,薄膜太阳能电池一般可以由很廉价的方法制备得到,并且能够减少原材料使用,节约能量消费及缩短能量回馈利用周期等优点。另外,它可以在柔性衬底上沉积,可直接完成对电池组件的大规模生产。铜铟镓硒(CIGS)半导体薄膜材料,是非常合适的太阳能电池吸收层材料。但是由于铟和镓元素在地球中的含量不高,所以它的大规模应用受到了限制。近年来,对(Ⅰ)2(Ⅱ)(Ⅳ)(Ⅵ)4型的四元化合物铜锌锡硫/硒(CZTS/Se)的研究很受关注,所需元素含量相对丰富成本低且低毒,被认为是合适的取代材料。CZTS/Se电池的光伏特性好,具有很高的理论转换效率。然而,某些损失行为的存在限制了实际转换效率或输出效率的进一步提高。这些损失过程包括,光的吸收及电子的收集损失、复合损失、阻抗损失等。 本课题在对新材料的制备进行探索的同时,针对制备的太阳能电池的光电转换效率不高的问题,开展了对电池组件的电学性质的测试与研究。希望通过对其电学性质的清晰表征,给出提高电池效率的有效改进手段。该论文内容可分为以下两个主要部分: 第一部分主要是CuInS2和Cu2SnSe3薄膜材料的制备。以氧化物为前驱体制备CuInS2薄膜吸收层材料,并通过改变硫化温度,制备出了结晶性好,相单一的薄膜材料,并制备了相应的薄膜电池。尽管吸收层薄膜的晶体结构和相貌都很好,但结果发现制备出的薄膜电池的效率很低。因此我们接下来展开了对电池器件的研究,分析电池转换效率不高的原因。 第二部分介绍了太阳能电池的器件物理机制。对电池的基本原理,等效模型及以pn结为基础的电池的几种常用研究手段做了全面的调研。对SLG/Mo/CZTSe/CdS/ZnO/ZnO∶Al结构的薄膜电池进行了一系列的测试。通过电流-电压曲线分析给出了结理想因子和结反向饱和电流等重要参数。暗场下的电容-电压测试可推导出电池吸收层载流子浓度,浓度的大小对电池的质量有很大影响。变温条件的的电容-电压测试,可通过计算并结合理论数据,研究材料的缺陷类型及其数量。