溶液法制备CZTSSe薄膜太阳能电池

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摘要：溶液法为Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜太阳能电池的吸收层提供了一种新的制备途径。该方法因工艺简单，价格低廉，可以规模化生产，与柔性基底对比有更好的兼容性等优点，从而引起了广大研究者的关注。本文，我们提出一种简单的制备方法，即同时溶解低成本的单质铜、锌、锡、硫和硒粉，在较短的时间内形成均一的CZTSSe前躯体溶液。经过多次旋涂和加热得到前驱体薄膜，然后将得到的前驱体薄膜在低温下进行硒化处理，得到致密的CZTSSe薄膜。最终制备出的CZTSSe薄膜太阳能电池，它的最高效率可以达到6.4%。49760

毕业论文关键词： CZTSSe；薄膜太阳能电池；溶液法

Solution-Processed Cu2ZnSn(S,Se)4 Thin-Film Solar Cells Using Elemental Cu, Zn, Sn, S, and Se Powders as Source

Abstract: Solution-processed approach for the deposition of Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) absorbing layer offers a route for fabricating thin film solar cell that is appealing because of simplified and low-cost manufacturing, large-area coverage, and better compatibility with flexible substrates. In this work, we present a simple solution-based approach for simultaneously dissolving the low-cost elemental Cu, Zn, Sn, S, and Se powder, forming a homogeneous CZTSSe precursor solution in a short time. Dense and compact kesterite CZTSSe thin film with highcrystallinity and uniform composition was obtained by selenizing the low-temperature annealed spin-coatedprecursor film. Standard CZTSSe thin film solar cell based on the selenized CZTSSe thin film was fabricated and an efficiency of 6.4 % was achieved.

Key Words: CZTSSe; Thin film; Solar cells; Kesterite; Solution process

摘要： 1

引言 1

1实验部分 1

1.1 试剂 3

1.2 前驱体溶液的配制 3

1.3 CZTSSe薄膜太阳能电池的制备 3

1.4 表征 3

2 结果与讨论 4

2.1 前驱体溶液的热重分析（TGA） 4

2.2 前驱体薄膜的形貌分析 4

2.3 前驱体薄膜的XRD和Raman分析 5

2.4 硒化处理对CZTSSe薄膜的影响 7

2.5 CZTSSe电池的光学性质以及外量子效率的测定 7

3 结论 9

参考文献 9

致谢 11

溶液法制备CZTSSe薄膜太阳能电池引言

近年来，人们对资源的需求越来越大而地球上的资源却越来越少，资源的短缺会引起很多的问题。因此，对于可再生资源的研究便有了很重要的意义。可再生资源包括风能，水能，太阳能等。其中，太阳能是我们取之不尽用之不竭的可再生资源之一。如何利用太阳能呢？我们需要太阳能电池，需要光电吸收材料。四元半导体材料Cu2ZnSnS4 (CZTS) 和Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) 化合物作为新一代的光电吸收材料引起了人们的兴趣和广泛的关注，这些四元半导体材料具有合适的禁带宽度，高吸收率和低成本[1]。各种各样的方法已经被运用到制造太阳能电池的吸收层，其中真空沉积和非真空的溶液法已经取得了巨大的进展[2-8]。不过，相较于真空法，像电镀法[8-10]、研磨分散法[12] 、纳米晶法[13-16]、肼溶液法[17]和溶胶-凝胶法[5]这些非真空法更容易实现大规模的工业化生产。在溶液法中，肼溶液法已经取得了很大的进展，达到了12.6%的能量转化效率[7]。然而，由于肼具有易爆炸以及高毒性、不稳定性等缺点，在实际应用中人们对无肼溶剂有着更大的需求。因此，像乙醇、水的混合溶液和胺、硫醇的混合溶液等一些无肼溶液都已用来溶解金属氧化物、金属盐来制备CZTS前驱体[20]。