Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜太阳能电池与其他类型的太阳能电池比较,拥有诸多的优点而受到了广泛地关注和研究,如吸光系数高,合适的带隙,组成元素价格廉价等。通过近些年来广泛深入的研究,研究人员们发展了多种多样的制备工艺,可以归纳为真空法和溶液法这两大种类,两种制备工艺各有各的优势,而目前应用最广泛的则是溶液法,这是因为溶液法的要求低,操作简单,常用的溶液方法主要有无水肼溶液法、二甲基亚砜-金属盐-硫脲法、硫醇-有机胺法、二硫化碳-丁胺法等,而这些常用的前体溶液往往具有难闻的气味、有毒且污染较大,不符合绿色化学的要求,不利于推广应用和规模化生产,所以探索出绿色环保的溶液法对于CZTSSe薄膜太阳电池的发展至关重要。本论文的工作发展了一种绿色环保、环境友好的正丁酸/正丁胺离子液体辅助方法来制备CZTSSe薄膜太阳能电池,详细的研究内容如下所述:1.发展了正丁酸/正丁胺离子液体溶液法来制备Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳能电池。即分别以Cu2O、ZnO、SnCl2、硫脲为铜源、锌源、锡源、硫源,溶解于正丁胺与正丁酸反应生成的离子液体中来配制Cu2ZnSnS4前驱体溶液,加入乙醇调节粘度,通过旋涂和低温退火,制得了 Cu2ZnSnS4纳米晶预制膜,通过改变硒化温度和时间,我们获得了结晶性良好的的Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜,并以此制得了高效率的CZTSSe薄膜电池。另外,该离子液体也能够溶解多种金属元素的氯化物、醋酸盐、氢氧化物、氧化物,制备了多种金属硫化物薄膜。2.发展了一种去除吸光层Cu2ZnSn(S,Se)4中小粒子层的简单有效的方法。通过将Cu2ZnSnS4预制膜在空气中不同条件退火,得到了最佳的退火条件500℃和10 min,CZTS预制膜在空气中退火后,不仅使钠钙玻璃中的Na离子扩散到了预制膜中,也导致了预制膜表面分相,同时降低了硒化温度,在500℃和10 min的硒化条件下,我们就得到了大晶粒贯穿、无小粒子层的CZTSSe吸光层,最后制备了光电转换效率9.8%的CZTSSe电池器件。3.研究了 Ag+离子掺杂对CZTSSe薄膜太阳能电池性能的影响。CZTSSe薄膜太阳能电池研究中所面临的主要问题是开路电压的缺失,而造成的原因是材料本身容易形成高密度的Ⅰ-Ⅱ副族反位点缺陷。研究表明,当材料中的Cu、Zn或者Sn元素被其他元素取代时,就能够有效的抑制该方面的缺陷。在本章节的工作中,我们主要研究了同一副族的Ag+离子取代不同量的Cu离子对CZTSSe薄膜电池的影响。引入Ag+离子后,能够有效的抑制CuZn缺陷,有助于提高电池的开路电压,此外,Ag也是良好的低熔点助熔剂。在配制Cu2ZnSnS4前驱体溶液时,加入Ag2O部分取代Cu(Ac)2,以此来制备不同Ag+离子掺杂浓度的电池器件,当Ag/(Cu+Ag)=5%时,我们得到了光电转换效率最高的10.47%器件。4.探究了 Ge4+离子掺杂后CZTSSe薄膜太阳能电池性能的变化。通过在配制前体溶液时引入GeC14来取代部分的SnCl2,经过旋涂我们得到了含有Ge4+离子的预制膜,通过优化硒化条件,我们得到了理想的CZTGeSe吸光层薄膜,我们观察到在引入Ge4+离子后,CZTSSe薄膜的晶粒尺寸变得更大了。Ge4+离子可以起到提高器件开路电压的作用,与未掺杂Ge4+的器件相比,器件的开路电压、短路电流都有了提高,效率也从9.76%提高到了 10.28%。