【摘 要】
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Cu（In,Ga）Se2（CIGS）薄膜太阳能电池是单结转换效率最高（～23.35%）的光伏器件,但In、Ga是稀缺元素,从而限制了CIGS电池的产业化。新型材料Cu2Zn Sn S4（CZTS）在CIGS器件结构中可替代CIGS吸收层,并得到新型CZTS薄膜太阳能电池,但目前转换效率最高（～12.6%）的CZTS器件仍沿用Cd S缓冲层,寻找替代Cd S的无镉缓冲层材料来消除潜在的镉污染问题十分
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Cu（In,Ga）Se2（CIGS）薄膜太阳能电池是单结转换效率最高（～23.35%）的光伏器件,但In、Ga是稀缺元素,从而限制了CIGS电池的产业化。新型材料Cu2Zn Sn S4（CZTS）在CIGS器件结构中可替代CIGS吸收层,并得到新型CZTS薄膜太阳能电池,但目前转换效率最高（～12.6%）的CZTS器件仍沿用Cd S缓冲层,寻找替代Cd S的无镉缓冲层材料来消除潜在的镉污染问题十分必要。Zn基缓冲层有充分宽的带隙来降低光学吸收且与吸收层有合适的导带对齐。本文采用Zn1-xMgxO作为无镉缓冲层材料制备了CZTS薄膜太阳能电池器件。首先采用滴涂法制备了CZTS薄膜,XRD和SEM等测试表明本文所制备薄膜还有少量Sn S2杂质,薄膜存在大量纳米棒,纳米棒的直径大小约为30～60 nm,纳米棒的长度约250～1000 nm。计算可得薄膜的禁带宽度约1.56 e V。CZTS薄膜铜锌锡硫之比为Cu:Zn:Sn:S=17.49:13.51:11.64:35.15,为贫铜富锌比。采用旋涂法制备了Zn1-xMgxO薄膜,对Zn1-xMgxO薄膜的XRD和拉曼光谱等测试表明本文制备了较好Zn O掺Mg薄膜。对薄膜的EDS组分分析,测试表明本文成功制备了Zn O,Zn0.95Mg0.05O,Zn0.89Mg0.11O和Zn0.79Mg0.21O薄膜,单层厚度分别为30.3nm、36.0 nm、39.3 nm和50.7 nm,随着Mg离子掺杂浓度的变大而变厚。Mg离子的掺杂可以增加薄膜的透过率,在紫外可见光范围内的平均透过率由85%增加到接近90%,符合缓冲层在紫外可见光范围内的高透过率,同时随着Mg离子掺杂浓度的变大,Zn1-xMgxO薄膜的禁带宽度逐渐变大分别为3.4 e V,3.52 e V,3.62 e V和3.69 e V。通过溶胶凝胶法组装了不同Mg掺杂浓度Zn1-xMgxO/CZTS薄膜太阳能电池器件,测试结果表明缓冲层为Zn0.89Mg0.11O时的电池器件最好,开路电压为0.201V,短路电流密度为0.038m A/cm~2,填充因子为38.35%。同时研究了有无阻挡层Zn O对电池器件的影响,测试结果表明去掉窗口层Zn O层的电池器件短路电流密度更大,开路电压基本不变,填充因子变大。说明缓冲层Zn1-xMgxO薄膜可以起到窗口层的作用,由此可以去掉Zn O层,电池器件的填充因子的提高是由于串联电阻的减小和并联电阻的增大。
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