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Cu2ZnSn(S,Se)4半导体材料因其低毒环保且组成元素在地壳中的储量丰富,适合大规模生产,且随着S与Se含量的不同可进行调整的光学带隙(1.0～1.5eV)和较高的光吸收系数>104cm-1)等优点而成为非常有潜力的制备太阳能电池的材料,备受国内外研究者的关注。其理论效率为32.2%,但目前所制备出来的最高的光电转换效率为12.6%,是2014年Mitzi课题组采用无水肼溶液法制备出来的,但是其中肼属于剧毒物质,对人对环境都有着极大的危害,不符合环保意识,因此发展绿色无危害溶剂成为大多数研究者们的目标。为了减少设备的使用成本,我们放弃了传统的在手套箱中沉积铜锌锡硫预制薄膜的方法,本文描述了一种经过优化的基于硫醇溶液体系的适合在空气中沉积的方法。在这种改良的方法中,金属盐类和硫脲作为初始材料,溶解在乙二醇甲醚和巯基乙酸的混合溶液中,最后形成一种均匀的前驱体溶液。铜锌锡硫预制薄膜可以通过在空气中旋涂前驱体溶液获得,并且在硒化后形成大晶粒的铜锌锡硫硒薄膜。下面是我所做的实验总结:1.发展了一种简单、低毒的分子前体溶液法来制备Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳能。利用乙二醇甲醚-巯基乙酸体系溶解醋酸铜、氯化锌、氯化亚锡等盐类,获得CZTS前体溶液。其中巯基乙酸可溶解金属盐类,乙二醇甲醚有调节粘度的作用。再将前驱体溶液进行旋涂、退火,获得CZTS预制薄膜。优化硒化工艺得到CZTSSe薄膜,分析其结构、形貌、成分、元素价态等,发现硒化时间为10 min,硒化温度为 540℃时薄膜成纯相、贫铜富锌(Cu/(Zn+Sn)=0.91,Zn/Sn=1.20)、晶化程度较高、晶粒尺寸较大及电学性能良好的锌黄锡矿结构的CZTSSe薄膜。此外,发现该体系也可溶解其他金属盐类,如:Co(CH3COO)2·4H2O,Ni(CH3COO)2·4H2O,Cu(CH3COO)2·H2O,Mg(OH)2,Ca(OH)2,Mn(CH3COO)2,ZnCl2,SnCl2·2H2O,SbCl3,La(NO3)3·6H2O,和Ce(NO3)3·6H2O 等等。2.采用硫醇溶液法及上述的工艺条件制备具有不同Mn元素组分(掺杂比:0%;1%;3%;5%;7%)的 Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜。系统地研究了薄膜的晶相结构、形貌、元素的价态等性质。分析发现,随着CZTSSe薄膜中Mn元素含量的增加,晶粒尺寸随之增加且呈表面均匀分布的形态,当锰的含量为3%时薄膜的结晶度是最好的。实验详细的研究了掺入微量锰元素对薄膜性能的影响。分别通过XRD、SEM、EDS、XPS、AFM、拉曼、霍尔等测试对其进行表征。3.根据理论分析,表明Mg元素的掺杂对CZTSSe薄膜电池具有十分诱人的前景。本实验在前体溶液当中掺入不同微量组分(掺杂比:0%;1%;3%;5%;7%)的Mg元素来提高吸收层薄膜的结晶度,致密度,改善吸收层质量,采用XRD、SEM、EDS、XPS、拉曼、霍尔等实验技术对其进行测试表征,详细的研究了掺入微量镁元素对薄膜性能的影响。