论文部分内容阅读
太阳能光伏发电是解决能源危机和环境污染问题的有效途径。在各种光电转换材料中，金属硫化物薄膜以其转换效率高、稳定性好等优良性质成为研发的热点。采用连续离子层吸附反应(SILAR)法制备多元金属硫化物薄膜具有易于化学计量调控、可大面积连续成膜、非真空和低成本等优势，具有良好的发展前景。 本论文采用连续离子层吸附反应法制备Cu-Sn-S和Cu2ZnSnS4薄膜并研究了其光电性能，得到以下主要结果: (1)通过控制前驱体溶液的浓度和后续热处理的温度，得到了Cu2SnS3、Cu5Sn2S7和Cu3SnS4三种不同晶体结构的薄膜。通过表征薄膜的光学、电学和热电性能，发现三种薄膜的光吸收系数都在104cm-1以上，禁带宽度在1.02-1.47eV之间，载流子浓度和载流子迁移率均可以达到1019cm-3和10cm2V-1s-1的数量级，具有优良的光学和电学性质，并且发现了Cu3SnS4和Cu5Sn2S7薄膜具有应用于热电转换领域的潜力。 (2)采用叠层结构制备CZTS薄膜，研究了热处理制度及预制层叠层顺序对薄膜性能及电池器件效率的影响，发现了580℃温度下保温60min，采用Mo/ZnS/Cu2SnS3的叠层更有利于制备性能优良的薄膜和电池器件。最终优化以上制备条件，得到了效率4.26％的CZTS薄膜太阳电池器件，这是目前报道基于SILAR法制备CZTS太阳电池的最高效率。 (3)制备了以Mo箔为基底的柔性CZTS薄膜太阳电池，研究了叠层结构对柔性基底上薄膜性能及器件效率的影响，最终获得了效率为2.42％的柔性太阳电池器件。通过分析器件的截面形貌、外量子效率和亮暗态I-V曲线，揭示了电池效率的损失机理。