Cu₂SnS₃（CTS）化合物材料在薄膜光伏领域引起了广泛的关注,其光吸收系数达到10⁴ cm^-1数量级,具有合适的光学禁带宽度（0.8-1.8 eV）,是一种具有很大潜力的吸收层材料。目前,效率较高的CTS薄膜电池器件多是基于成本昂贵的真空法制备,其制备工艺复杂且转换效率与Cu（In,Ga）Se₂（CIGS）和Cu₂ZnSnS₄（CZTS）高效率电池仍然存在一定的差距,CTS薄膜的制备及基础性质研究仍有待探究完善。本论文从低成本的溶胶-凝胶方法出发,探究CTS薄膜的制备方法、调控其组分、优化退火工艺参数、改善CTS薄膜质量,对CTS薄膜的基础物理性质进行系统地研究,并对CTS进行金属元素（Bi和Na）掺杂,探究其微结构变化,最终制备出高效率的CTS薄膜电池器件。本论文取得的主要创新成果如下:1.基于溶胶-凝胶反应,选用低毒或无毒的有机溶剂配合金属盐制备出具有良好稳定性的溶胶,结合旋涂和预退火方法制备出前驱体薄膜。在此基础上探究CTS合适的高温退火温度,最终制备出结晶性良好的单斜相CTS薄膜。研究发现,以二甲基亚砜为溶剂的溶胶制备出的前驱体薄膜表面平整致密,以纳米晶形式存在,光学带隙约为0.88 eV,前驱体薄膜中各元素含量接近化学计量比。对前驱体薄膜进行高温退火处理,540℃条件下制备的薄膜晶粒均匀且尺寸达到微米级,采用溶胶-凝胶法成功制得单斜相CTS薄膜。2.对CTS薄膜进行组分调控研究。通过改变溶胶中Cu含量实现Cu组分调控,探究Cu含量变化对CTS薄膜性质影响。探究硫脲含量在以硫脲作为唯一硫源,硫脲结合硫粉的双重硫源方式下对于CTS薄膜性质和器件性能的影响。研究表明,通过改变前驱体溶胶中Cu元素含量可以调控CTS薄膜中Cu含量,轻微贫铜的组分更有益于制备结晶性良好的CTS薄膜（Cu/Sn=1.85）。前驱体溶胶中的硫脲含量对于CTS薄膜微观形貌及物相结构影响较大,硫脲/金属比例为2-3条件下制备的前驱体薄膜表面平整致密。硫脲含量低的薄膜以Cu₄SnS₄为主要相,提升硫脲含量可抑制Cu₄SnS₄相,薄膜主要表现为CTS相。双重硫源调控机制可以提高CTS相的稳定性。基于适量硫脲（硫脲/金属比例为3）及硫粉制备的CTS薄膜结晶性良好且无明显二次相,整合制备的光伏器件达到1.51%的转换效率。3.系统地对CTS薄膜电池器件进行分层优化。针对吸收层,优化硫化时间和硫化升温速率工艺参数。对CTS薄膜进行光致发光光谱测试,证实CTS薄膜的复合机理主要符合施主-受主对复合模型。在此基础上合成的CTS薄膜电池器件转换效率提升至3.18%。研究表明,与快速升温速率条件制备的CTS薄膜相比,慢速升温速率条件制备的薄膜Sn元素含量较低,SnS的挥发促进了薄膜的生长。结构表征分析证实慢速升温速率条件下制备的CTS薄膜具有更好的结晶性,其相应的光伏电池器件性能更佳。硫化时间的延长对于CTS薄膜晶粒增长具有促进作用,随着硫化时间增加晶粒明显增大,得到最佳硫化时间为20 min。CTS相不稳定,硫化时间过长易造成其分解并在薄膜表面留下大量孔洞。通过对CTS薄膜电池器件性能参数分析发现,吸收层质量的改善会显著提升器件效率,最高效率可达到3.18%。选取结晶性良好的CTS薄膜样品进行光致发光光谱测试,分析结果表明其主要缺陷为Cu空位缺陷和Sn占Cu位替位缺陷。4.探索了金属元素（Bi和Na）掺杂对于CTS薄膜及光伏器件性能的影响。适量Na元素掺杂可以有效提高CTS薄膜的质量,Na掺杂的CTS薄膜电池器件效率可达4.49%,达到化学法最高CTS薄膜电池转换效率。研究发现,Bi元素掺杂对于薄膜结晶性并无改善作用,Bi元素掺杂会诱导CTS分解产生Cu-S二次相,导致薄膜表面生成孔洞,对晶粒生长无促进作用,需慎重地对CTS引入Bi元素掺杂。适量的Na元素掺杂能促进CTS薄膜的生长,Na掺杂含量为1%（Na含量与金属含量比例值）条件下制备的CTS薄膜比未进行Na掺杂的CTS薄膜具有更好的结晶性,薄膜表面更加光滑均匀。其对应的CTS薄膜电池器件光电转换效率达到4.49%。外量子效率分析表明,电池器件性能的提升与缓冲层和窗口层工艺无关,吸收层质量的改善对光生载流子的输运起到积极作用,降低了载流子在界面处的复合几率,最终提升了电池效率。截止本论文撰写之际,4.49%为CTS薄膜电池器件化学法最高效率,这对于CTS薄膜光伏研究具有借鉴意义。