溶胶-凝胶后硫化法制备铜锌锡硫薄膜太阳电池

在560℃的硫气氛中退火处理溶胶-凝胶法制备的薄膜前躯体,制备太阳电池光吸收层铜锌锡硫(CZTS)薄膜。采用X线能量色散谱、扫描电镜、X线衍射、拉曼光谱和紫外-可见-近红外分光光度计等对薄膜进行表征。研究结果表明:制备的CZTS薄膜为贫铜富锌成分,呈现锌黄锡矿结构;薄膜禁带宽度约为1.50 e V,在可见光区域内光吸收系数达到104 cm-1;制作的结构为Ag/Zn O:Al/i-Zn O/Cd S/CZTS/Mo/SLG的薄膜太阳电池器件的电池开路电压、短路电流密度、填充因子和光电转换效率分别为658 m V,16.75 m A/cm2,0.47和5.18%,表明溶胶-凝胶法有望成为制备廉价高效的CZTS薄膜太阳电池的有效途径。     

磁控溅射法制备大晶粒铜锌锡硫薄膜的研究

采用磁控溅射Cu、Sn、Zn金属单质靶制备铜锌锡(CZT)金属预制层,在220℃下合金,然后在高温610℃硫化配合低速升温工艺对CZT前驱体进行退火,制备出晶粒尺寸为1~2μm的Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对薄膜样品进行结构、表面形貌和组分表征.最后沉积缓冲层、ZnO窗口层,蒸镀Al电极,制备出CZTS薄膜太阳电池,测量得到电池开路电压(V_(oc))为574 mV,短路电流密度(J_(sc))为8.98 mA/cm~2,填充因子(FF)为37.8%,电池转换效率为1.95%.     

硫化物纳米墨水涂覆法制备铜锌锡硫太阳电池

利用共沉淀法制备CuS和SnS纳米颗粒,并将其与锌离子混合配置成固液混合纳米墨水,再通过涂覆后硫化法在钼玻璃基底上制备了铜锌锡硫(CZTS)薄膜.研究了硫化退火温度对CZTS薄膜成分、形貌和结构等性能的影响,获得了较优的退火温度为580℃;基于该工艺制作了光电转换效率为0.58%的CZTS薄膜太阳电池器件.     

预制层结构对CZTS薄膜微观组织和光学性能的影响

研究了叠层顺序对磁控溅射沉积铜锌锡硫（CZTS）吸收层的微观结构、表面形貌和光学性能的影响.试验结果表明：当预制层结构为Cu/ZnS/SnS₂时,制备的CZTS薄膜在（112）晶面具有择优生长取向,并具有较好的结晶一致性,在288,335和368 cm^-1处呈现出特征拉曼（Raman）峰,薄膜表面晶粒较大、形状规则、薄膜空隙较少、比较致密,可见光范围内的吸收系数较高,光学带隙1.5 eV,适合作为CZTS薄膜太阳能电池的吸收层;当预制层结构为SnS₂/Cu/ZnS和ZnS/SnS₂/Cu时,由于在预制层硫化过程中造成一定的Zn和Sn流失,使CZTS薄膜中含有CuS杂相,导致薄膜表面质量下降,禁带宽度增加,不适合做CZTS薄膜太阳能电池的吸收层.     

不同硫化温度下铜锌锡硫薄膜的微观组织结构表征

在覆盖Mo层的钠钙玻璃上采用磁控溅射沉积后续硫化处理方式制备铜锌锡硫(CZTS)薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高角环形暗场像和X射线能谱仪等表征技术,研究不同硫化温度下CZTS薄膜形成过程中微观组织结构的变化.结果表明:硫化温度升高到400℃以上形成CZTS四元结晶相组成的薄膜,在400～550℃之间,随硫化温度的升高CZTS相增多且尺寸增大,600℃硫化时,CZTS相出现分解现象.硫化温度对薄膜影响显著,近钼层颗粒尺寸较小,表层颗粒尺寸较大.温度较低时薄膜的表层中Cu和S富集形成CuS,近钼层中Zn和Sn含量较多.随着温度升高,Cu、Zn、Sn和S不断扩散,分布更加均匀,形成的CZTS相结晶性愈好,晶粒不断长大成等轴晶,且CZTS晶粒出现孪晶.     

Sn的叠层顺序对CZTS薄膜的影响

采用磁控溅射预制层后硫化制备CZTS薄膜,研究Sn不同叠层顺序对薄膜特性的影响.通过对晶体结构、相纯度、表面形貌、光学特性进行表征和分析,结果表明采用溅射顺序为ZnS/CuS/Sn/Mo制备的CZTS薄膜表面平整光滑的特性,具有较好的晶体质量.同时也有利于减少在硫化过程中Sn含量的损失,抑制MoS_2的形成.最终得到了开路电压为670 mV,短路电流为15.52 mA/cm~2,填充因子为44%,光电转换效率为4.58%的CZTS薄膜电池.     

ZnO纳米棒对倒序Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池光电性能的影响

为了提高光生电子在半导体纳晶薄膜的输运速度,在导电玻璃基底上通过先沉积种子层、再生长ZnO薄膜的方法,制备了结构均匀、垂直基底的ZnO纳米棒.采用溶液法并经硫化在ZnO纳晶薄膜上制备铜锌锡硫(CZTS)薄膜,分别以聚噻吩和铜为空穴传输层和对电极组装倒序结构CZTS薄膜太阳能电池.通过改变ZnO纳米薄膜的微观形貌,研究用于电子传输的纳晶薄膜的微观结构对倒序结构CZTS薄膜光电性能的影响.实验结果表明:与ZnO纳米颗粒相比,由于Zn O纳米棒有利于CZTS吸收层电子空穴的分离和光生电子在ZnO纳晶薄膜内的输运,减少光生电子和空穴的复合,倒序CZTS太阳能电池的光电转换效率从0.04%提高到0.31%.     

Cu2ZnSnS4/Zn(O，S)异质结薄膜太阳电池的数值仿真

采用SCAPS软件,对CZTS/Zn(O,S)/Al:ZnO结构的薄膜太阳电池进行数值仿真,主要模拟研究Zn(O,S)的禁带宽度和电子亲和势、缓冲层的厚度及掺杂浓度、环境温度对电池性能的影响.结果表明:当Zn(O,S)的厚度和载流子浓度分别为50 nm和10~(17)cm~(-3)时,电池的转换效率可达14.90%,温度系数为-0.021%K~(-1).仿真结果为Zn(O,S)缓冲层用于CZTS太阳电池提供了一定的指导.     

无镉ZnO缓冲层的柔性CZTSSe太阳电池

针对铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳电池中CdS缓冲层带隙较小造成光损耗和Cd元素的毒性问题,提出无镉环保型CZTSSe太阳电池,分别采用溅射法和旋涂法来制备ZnO薄膜以替代CdS缓冲层.薄膜形貌表征及器件性能测试表明,相比旋涂法,溅射法制备的ZnO的薄膜质量及其CZTSSe器件性能明显更好,器件的光电转换效率（PCE）从1.0%提升到4.5%.同时,相比于CdS（E_g=2.4 eV）, ZnO具有更大的带隙（E_g=3.3 eV）,去除CdS膜层后,薄膜和器件在蓝光区具有更高的透光率和更好的光吸收.该设计为制备柔性CZTSSe太阳电池提供了一种新策略.     

Cu对溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4的前驱体溶液,结合旋转涂覆法和空气中的预热处理技术制备不同金属含量Cu/(Zn+Sn)=x(0.5,0.8,1.0)的CZTS薄膜样品.利用XRD和紫外可见分光光度法,对CZTS薄膜晶体结构和光学性能进行表征.结果表明:样品XRD图谱中可以观察到锌黄锡矿结构CZTS的(112)、(220)、(312)衍射峰,且沿(112)峰择优生长;随着Cu掺杂浓度的增加,禁带宽度变小,可获得最佳接近太阳能电池要求的带隙值1.42eV.     

Cu_2ZnSnS_4纳米颗粒的溶剂热法合成及其薄膜制备研究

采用溶剂热法合成了Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米颗粒.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)对样品的结构、化学组成和表面形貌进行了表征.研究了反应温度和硫源对CZTS纳米颗粒的结构、组成和形貌的影响.结果表明,较低的温度下,产物以Cu-Sn-S三元相为主,随着温度升高,Zn2+逐步扩散到晶格中,取代部分Cu2+,形成CZTS四元相.以硫化钠作硫源,合成了组分符合计量比、分散性良好的CZTS纳米颗粒,并采用旋涂方法制备了CZTS薄膜,其光学带隙为1.49eV,适合作为CZTS薄膜电池的吸收层.     

Cu2ZnSnS4/Zn(O,S)异质结薄膜太阳电池的数值仿真研究

Zn(O,S)具有带隙宽、原料丰富且环保的优点,是一种很有潜力的CdS替代缓冲层。本文采用Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS)软件,对CZTS/Zn(O,S)/Al:ZnO 结构的薄膜太阳电池进行数值仿真,主要模拟研究Zn(O,S)的禁带宽度和电子亲和势、缓冲层的厚度及掺杂浓度、环境温度对电池性能的影响。结果表明：当Zn(O,S)的厚度和载流子浓度分别为50 nm和10₁₇ cm_-3时,电池的转换效率可达14.90％,温度系数为-0.021%/K。仿真结果为Zn(O,S)缓冲层用于CZTS太阳能电池提供了一定的指导。     

Cu-In膜的相结构对CuInSe2薄膜性能的影响

为考察溅射功率对Cu-In薄膜中相结构以及相应的CuInSe2(简称CIS)薄膜性能的影响,采用中频交流磁控溅射方法沉积Cu-In薄膜,并采用固态硒化方法形成CIS薄膜.采用SEM和EDX观察和分析了它们的表面形貌和成分,采用XRD表征了薄膜的组织结构,并分析了硒化中的反应动力学过程.结果表明,在不同的溅射功率条件下,Cu-In预制膜以Cu11In9相或Cu11In9和CuIn的混合相存在.由Cu11In9和CuIn混合相薄膜形成的CIS薄膜具有单一的CuInSe2相黄铜矿相结构,且其成分接近CuInSe2化学计量比.而由Cut1In9相Cu-In预制膜形成的CIS薄膜中除了CuInSe2相以外,还出现了Cu2Se相,且其成分远离CuInSe2化学计量比.因此,具有Cu11In9和CuIn混合相结构的CuIn薄膜更适合制备CIS太阳电池吸收层.     

Zn对Sn-Pb-Ag合金中Ag富集规律的影响

以Sn-36.6%Pb-1%Ag为研究对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、X线能谱仪(EDS)和化学成分分析等手段,对Sn-Pb-Ag中加入Zn后Ag与Sn,Zn反应的热力学、浮渣含银量及Ag-Zn化合物的组成、形貌及分布进行研究。研究结果表明:Ag更易与Zn生成Ag-Zn金属间化合物;浮渣含银低于1%(质量分数);体系上部、中部和底部均存在3种金相:富锡相(Sn-12.21%Pb-0.52%Ag-2.42%Zn)、富铅相(Pb-31.34%Sn-1.89%Zn)和Ag-Zn化合物相(Zn-27.30%Ag-10.87%Sn-3.70%Pb),Ag-Zn化合物相不发生偏析,且体系中不存在分层区域。原因可能是Sn-36.6%Pb-1%Ag的密度仅比Ag-Zn化合物密度大0.35 g/cm~3;Sn-36.6%Pb-1%Ag为富锡基体系,富锡基中不存在双液相分层区。但是在Sn-Pb-Ag体系中加入Pb,不仅能增大体系的密度,当铅的质量分数大于60%时液相将存在双液相分层区,使得加锌富集Sn-Pb-Ag中的银成为可能。     

射频溅射金属前驱体硫化法制备的Cu_2ZnSnS_4薄膜(英文)

采用射频溅射技术沉积Cu/Sn/Zn金属前驱体叠层结合硫化技术在玻璃衬底上成功制备了Cu2ZnSnS4薄膜。X-射线衍射分析表明,通过优化制备条件可以获得单一黝锡矿结构且具有(221)择优取向的Cu2ZnSnS4薄膜。霍尔效应和紫外可见透过谱测量表明,样品的薄膜电阻、吸收系数和光学带隙分别达到0.073Ω.cm,104cm-1和1.53eV,具有适合作为薄膜太阳电池吸收层应用的可能性。     

缓冲层对银薄膜光电特性的影响

研究铜、铝作为银薄膜的缓冲层对银薄膜的光电学性质的影响.利用热蒸发技术在BK-7玻璃基底上沉积Ag(220 nm)/Al(20 nm)和Ag(220 nm)/Cu(20 nm)薄膜,沉积薄膜在温度为400、500℃的大气条件下退火处理1 h.样品的表面形貌用原子力显微镜观测,光学和电学性质分别用分光光度计和vander Pauw方法测量.实验结果表明,相对于同等条件下制备的纯银薄膜,附加缓冲层大大提高了退火态薄膜的光电性质,改善了银薄膜的热稳定性.不同的缓冲层对银薄膜光电性质影响程度不同:在同一退火温度下,在可见光谱区域,Ag/Al薄膜的反射率大于Ag/Cu薄膜;Ag/Cu薄膜的电阻率ρ小于Ag/Al薄膜,且在退火温度为500℃时Ag/Cu薄膜的ρ最小.     

分层铜锌锡硫纳米结构的合成及其光催化性能研究

采用溶剂热法合成了分层结构的铜锌锡硫（CZTS）纳米结构,用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见分光光度计（UV-Vis）、拉曼光谱等现代表征手段对样品进行表征,并以亚甲基蓝（MB）染色剂的模拟废水为目标污染物,探讨了CZTS纳米结构在可见光照射下的光催化性能.在10h可见光催化反应后,CZTS分层纳米结构对MB的降解率高达93.6％.对比实验研究表明,采用类似方法制备的CZTS无规则纳米粒子对MB的降解率仅为51.6％,表明分层CZTS纳米结构具有优异的光催化性能.我们对分层CZTS纳米结构的光催化性能进行了合理的解释.     

射频溅射金属前驱体硫化法制备的Cu2ZnSnS4薄膜

采用射频溅射技术沉积Cu／Sn／Zn金属前驱体叠层结合硫化技术在玻璃衬底上成功制备了Cu2ZnSnS4薄膜。X-射线衍射分析表明，通过优化制备条件可以获得单一黝锡矿结构且具有（221）择优取向的Cu2ZnSnS4薄膜。霍尔效应和紫外可见透过谱测量表明，样品的薄膜电阻、吸收系数和光学带隙分别达到0．073Ω·cm，10^4cm^-1和1．53eV，具有适合作为薄膜太阳电池吸收层应用的可能性。     

铟锡氧化物薄膜的制备

用反应蒸发技术蒸发铟—锡合金制备出适用于非晶硅太阳电池的铟锡氧化物(ITO)薄膜。在最佳条件下制备的ITO膜在某些波长透过率高达99%,在4000—7000A波长范围内平均透过率为93%,薄层电阻R(?)小于50Ω/(?)。研究了在氢气中退火对ITO膜光电性质的影响。对ITO膜的x射线衍射测量表明,ITO膜和In_2O_3膜具有类似的结构。     

甲脒基卤化物钙钛矿薄膜的相稳定性

甲脒基卤化物钙钛矿(FAPbI_3)太阳电池具有光生载流子寿命长、光电转换效率高等优点,是目前光伏领域的研究热点.然而,在室温条件下, FAPbI_3的相稳定性差,会从具有光电活性的立方α相逐渐转变为非活性的六方δ相,是限制卤化物钙钛矿太阳电池发展的难题之一.本文研究了不同温度条件下FAPbI_3薄膜的相变行为,发现其相稳定性主要受过冷度和离子热运动两种因素的影响,在80℃条件下的相稳定性明显高于20℃的结果.与传统A位掺杂替代FA~+和X位掺杂替代I~-方法不同,本文采取B位掺杂以Eu~(2+)替代Pb~(2+),发现掺杂的薄膜样品的光吸收谱、晶格衍射峰、光致发光等结构与光学特性的稳定性都得到明显提升,表明该B位掺杂可以有效提高FAPbI_3光电活性α相的稳定性.本文结果为FAPbI_3钙钛矿的相稳定性研究提供了新的研究思路.