随着人类社会的不断发展和生态环境的日益恶化,太阳能、氢能等清洁可再生能源得到全球的重视。过渡金属硫族化合物作为新型半导体材料,因其优异的光电化学性能及理化性质,在太阳能电池、光催化等领域引起了研究人员的关注。铜钡锡硫硒作为新一代过渡金属硫族化合物,不仅具有原料储量丰富、成本低、吸收系数高、带隙可调的优点,还克服了其他金属硫族化合物(如铜锌硒硫等)反位缺陷的问题。基于铜钡锡硫的单结太阳能电池转换效率在短短一年内突破5%,光电流密度也达到了 12.08 mA/cm2(0 V/RHE),展现出巨大的发展前景。虽然关于铜钡锡硫的研究发展迅速,但现有的合成方法仍受限于高成本,制备条件苛刻的物理法,基于低成本化学溶液法得到的铜钡锡硫器件效率还较低(仅有1.72%,10mA/cm2),且仅能部分调节材料的硫硒比例,未能充分发挥其优势。因此,研究新的低成本化学溶液法来调控生长全化学计量比铜钡锡硫硒薄膜仍具有较高的工程应用价值。本文将采用一种基于二硫代羧酸取代反应(Thionothiolic Acid Metathesis process)的化学溶液体系来生长全化学计量比铜钡锡硫硒薄膜,研究薄膜性质随硫硒比变化规律并探索其在太阳能电池领域的应用。本文首先提出了一种基于巯基取代反应的溶液体系合成铜钡锡硫硒薄膜的方法,探究了前驱体溶液内部的化学反应(CS2与C4H11N)以及与金属离子结合的反应机理。研究发现前驱体溶液与金属氧化物之间仅发生简单的复分解反应。进一步研究前驱体溶液的热重曲线,发现前驱体溶液的分解温度在250℃左右,远低于铜钡锡硫硒结晶温度,满足制备高纯度薄膜材料的需求。其次,利用此方法合成了高质量铜钡锡硒薄膜。结合表征手段研究了不同合成条件(固化温度,退火温度,退火时间)对薄膜性质的影响。研究发现薄膜在低温固化后呈现微弱的铜钡锡硫结晶特征。通过对比研究,280℃固化,580℃退火30分钟为最佳合成条件,此条件下薄膜的结晶度最高,连续性最好,晶粒尺寸最大生长到5μm。通过对最佳合成条件下的铜钡锡硒薄膜进行光电性能表征,发现铜钡锡硒薄膜的禁带宽度为1.70 eV左右,适合作为吸光层材料。再次,采用先硫化后硒化的方式,合成了不同硫硒比的铜钡锡硫硒薄膜。通过对所得薄膜进行研究,发现随着硒化比例提高,材料带隙会从2.00 eV减小到1.68 eV,晶粒也会逐渐长大同时粗糙度越来越小(从48.6 nm减小到36.8 nm)。但随着硒化比例继续提高,材料空间构型会逐渐由P31转变成Ama2,并伴随着带隙反向增大(1.70 eV),晶粒尺寸减小,晶界变多以及粗糙度变大等现象。因此,硫硒比例调控对铜钡锡硫硒薄膜质量起着至关重要的影响。最后,利用本方法合成的铜钡锡硫硒薄膜材料制备了太阳能电池,并对性能进行了表征分析。研究发现,随着硒化比例的提高(比例从0提高到0.62),太阳能电池的总体性能得到提高,并在比例为0.62时达到最高。随着硒化比例继续提高(从0.62提高到1),电池性能反而伴随着开路电压以及短路电流的降低而变差,与薄膜材料变化规律一致。因此就单结太阳能电池而言,适当的硫硒比例有助于太阳能电池性能的提升。通过分析铜钡锡硫硒太阳能电池结构,发现氧化锌并不是作为电子传输层最理想的材料。通过对比,提出采用二氧化锡取代氧化锌作为电池的电子传输层的优化方案,并对优化后的器件性能进行测试表征。实验证明,利用二氧化锡作为电子传输层,铜钡锡硫硒电池短路电流得到了提升,普遍超过了已有研究成果,并最终获得了基于化学溶液法制备的铜钡锡硫硒太阳能电池的最高效率(2.01%)。