现代经济社会的发展离不开能源。化石能源的开采已接近枯竭,绿色环保的可再生能源逐渐成为能源领域的重要角色。其中,太阳能作为最有发展前途的绿色能源,引起了人们的广泛关注和研究。太阳能电池是直接把光能转换为电能的装置。作为薄膜太阳能电池的代表,锌黄锡矿结构的铜锌锡硫硒（Cu₂ZnSn（S,Se）₄,CZTSSe）太阳能电池因其带隙可调,组成元素在地壳中储量丰富,可见光的吸收系数较高且无毒无害等优点,成为太阳能电池领域的研究热点。理论计算表明,以CZTSSe为吸收层的太阳能电池的理论效率高达32.8%,但目前在实验上达到的最高效率仅为12.62%,与理论效率相差甚远,导致光电转换效率低的原因有很多,如光生载流子在界面处的复合,吸收层晶体质量差,窗口层透光性能差等。因此,改善窗口层的透光性是提高太阳能电池的有效途径之一。研究表明,在ZnO窗口层中掺入Mg将会拓宽它的带隙,导致光学性质的改善,如透光性增强。同时,Mg²⁺与Zn²⁺的离子半径相接近,Mg的掺入也不会引起明显的晶格畸变,有望在CZTSSe太阳能电池中替代ZnO作为窗口层。目前,对于Mg掺杂ZnO作为太阳能电池的窗口层实验研究文章并不是很多。在本文中,我们主要通过改善ZnO窗口层造成的光损失入手开展研究工作,从而改善了太阳能电池的光电性能。取得的研究成果如下:一、采用固相反应法成功制备了不同Mg掺杂浓度的ZnO靶材,利用磁控溅射技术在蓝宝石衬底上制备了不同Mg掺杂浓度的Zn_1-xMg_xO合金薄膜。实验结果表明:在Mg组分较低的情况下,Mg进入ZnO晶格不会产生明显的晶格畸变,随着Mg组分的逐渐增大,Zn_1-x-x Mg_x O薄膜的光学带隙逐渐增宽,薄膜的透光率也逐渐增大。二、在对不同Mg组分Zn_1-xMg_xO薄膜性能测试的基础上,利用Zn_1-xMg_xO薄膜作为窗口层替代ZnO,制备了CZTSSe太阳能电池并表征了其光伏性能。研究结果表明,在其他条件均不变的前提下,ZnO窗口层和Zn_0.94Mg_0.06O窗口层的太阳能电池效率分别为4.27%和6.60%,说明采用Zn_0.94Mg_0.06O作为窗口层能够有效提高太阳能电池的光电转换效率。效率提高的主要原因是Mg的掺入提高了窗口层的透光性,减少了窗口层对于光吸收造成的光损失,提高了器件的短路电流密度。三、为了进一步阐明Zn_0.94Mg_0.06O窗口层中的Mg组分在提高太阳能电池效率中的作用,我们利用实验并结合第一性原理,分析了Mg组分对CdS/Zn_0.94Mg_0.06O异质结的能带排列。在实验上,利用XPS测试来确定元素的芯能级从而对齐价带,得到的能带排列类型为Ⅱ型排列。理论计算方面,利用平均静电势来对齐价带,确定其能带排列类型也为Ⅱ型排列,很好地支持了实验结果。