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摘要：硫属化合物半导体材料Cu2ZnSnS4(CZTS),不仅具有和CIGS类似的光电性能,而且更重要的是所含元素无毒且地球上含量丰富,因而被认为是一种极具前途的薄膜太阳能电池光吸收材料,吸引了全世界科研人员极大的研究兴趣,目前已有包括基于真空和非真空的多种方法制备出了CZTS薄膜及电池器件并取得了不错的光电转换效率。针对目前各种制备方法存在的不足,本论文中提出一种具有低成本、高产出并且无毒环保的化学溶液方法——基于金属-硫脲-氧络合物的热分解反应的溶胶-凝胶方法来制备CZTS薄膜及电池器件,并取得了目前此方法的最高转换效率6.32%(有效电池面积),论文所得创新性结果如下：(1)基于常规非水溶胶-凝胶反应过程分析,提出了金属-硫脲-氧络合物的分子模型并揭示了其热分解反应形成CZTS纳米晶的过程和机理。研究并揭示了金属硫脲络合物和乙二醇甲醚之间的醇解和缩聚反应过程,在热分解反应金属-硫脲-氧络合物基础上得到了CZTS前驱体薄膜预热处理的优化参数和物相组成,为薄膜后续的硫化热处理提供了理论和实验依据。(2)研究揭示了制备条件对CZTS薄膜各项性能及其电池光电性能影响的规律,得到了最佳电池光电转换效率的CZTS薄膜制备条件(Cu/(Zn+Sn)=0.84, Zn/Sn=1.20,硫化温度560℃,硫化时间1h),同时研究了缓冲层CdS对CZTS电池光伏性能影响的规律,得出了优化的缓冲层CdS制备工艺(厚度80～100nm)。(3)为改善光电转换效率对CZTS薄膜电池进行了改性研究,包括对吸收层薄膜材料进行Na的掺杂和二次相的刻蚀,以及改进电池Mo背电极结构。研究发现适当的Na掺杂不仅能改善CZTS薄膜的结晶质量,而且能显著降低CZTS薄膜中杂质碳的含量从而提高了电池的光电转换效率(从5.25%提高到了6.25%)；对富集于CZTS薄膜表面的ZnS二次相进行刻蚀后,CZTS薄膜电池器件短路电流相对有所提高而降低了电池开路电压,所以电池转换效率只是稍微改善,这说明CZTS薄膜表面适量的ZnS有助于改善电池吸收层和缓冲层之间的界面复合问题；对传统的金属Mo背电极衬底进行硫化处理后再制备CZTS薄膜及电池器件,实验结果表明,CZTS薄膜底部的二次相(ZnS)得到适当抑制,CZTS吸收层和Mo之间的界面问题得到改善,从而电池的开路电压和填充因子都得到增加,电池转换效率相应地得到提高。