随着世界能源的日益紧缺和人们节能环保意识的增强,薄膜太阳电池的研究应用越来越受到人们的关注,成为各国研究的热点。铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄,CZTS）薄膜电池由于其具有环境污染小、吸收系数高、带隙合适、理论转化效率高和成本低等优点成为近年来薄膜太阳电池研究的一个热点。当前基于CZTS薄膜吸收层的太阳电池研究主要集中在CZTS/CdS异质结结构上,但CdS（硫化镉）是有毒化合物,而且CdS的禁带宽度较小,会造成光吸收损失,所以寻找缓冲层CdS的取代材料已经成为人们的一个研究热点。其中In₂S₃（硫化铟）由于其禁带宽度比CdS大,且不含有毒元素,成为代替CdS最具潜力的材料之一。本文正是在上述背景下,结合实验室课题组承担的国家自然科学基金项目开展一系列研究工作,主要研究内容和研究成果如下:1.运用SCAPS-1D模拟软件对CZTS/In₂S₃异质结太阳能电池进行模拟研究,主要分析了 CZTS吸收层、In₂S₃缓冲层的结构参数、工作温度以及寄生串并联电阻对电池光伏特性的影响。模拟得到CZTS电池的优化结构为:CZTS吸收层的厚度是3 μm,载流子浓度是1 × 1017 cm-3,并且需要把缺陷态浓度控制在1 ×1013cm-3以内;In₂S₃缓冲层厚度20nm,载流子浓度1×1017cm-3。同时分析得出:寄生电阻主要是影响电池I-V特性中的填充因子;电池的工作温度对转换效率有较大的影响,估算所得到的转换效率温度系数为-0.17%/K。优化后电池的最优性能参数为:短路电流23.37 mA/cm2,开路电压0.958 V,填充因子86.13%,转换效率19.28%。2.利用真空热蒸发法分别制备出Sn和Ag掺杂的In₂S₃薄膜,分析了两种不同掺杂对In₂S₃薄膜的表面形貌、光电性能以及物相结构的影响,以制备出光电性能理想的In₂S₃薄膜。物相结构表明所制备的本征和掺杂的In₂S₃薄膜都是立方相结构;光学特性表明掺Ag后In₂S₃薄膜的禁带宽度降低,而掺Sn后禁带宽度变大;电学特性表明在掺杂Ag和Sn后In₂S₃的薄膜电阻率减小了,载流子浓度明显增大。3.采用X射线光电子能谱法（XPS）研究CZTS/In₂S₃异质结界面处能带偏移,并且作出界面处能带结构图。测量得到的CZTS/In₂S₃异质结的价带带阶等于0.46 eV,导带带阶等于0.82 eV,因此CZTS/In₂S₃是属于I型半导体异质结。本论文的研究为进一步研发高效、低成本、无Cd环保型的CZTS/In₂S₃异质结太阳能电池奠定了良好的基础,具有一定的理论和现实意义。