检索结果-南通市图书馆

二价阳离子掺杂优化铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池性能的研究进展

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

复合材料学报 2023年第11期40卷 6029-6042页

作者：赵鑫杨艳春崔国楠刘艳青任俊婷田晓朱成军内蒙古师范大学物理与电子信息学院呼和浩特010022 内蒙古大学物理科学与技术学院呼和浩特010021

阳离子掺杂措施被认为是调节优化铜锌锡硫硒薄膜(Cu_(2)ZnSn(S,Se)_(4),CZTS(Se))太阳能电池有效措施之一,其中,二价阳离子掺杂措施是研究最多、应用最广的。本文从阳离子取代和阳离子额外添加两个方面详细介绍了二价阳离子掺杂措施在优... 详细信息

阳离子掺杂措施被认为是调节优化铜锌锡硫硒薄膜(Cu_(2)ZnSn(S,Se)_(4),CZTS(Se))太阳能电池有效措施之一,其中,二价阳离子掺杂措施是研究最多、应用最广的。本文从阳离子取代和阳离子额外添加两个方面详细介绍了二价阳离子掺杂措施在优化CZTS(Se)薄膜太阳能电池性能方面的研究进展,二价阳离子取代措施,如Cd^(2+)取代Zn^(2+)等,主要是可以有效降低CZTS(Se)薄膜太阳能电池吸收层的缺陷密度,提高结晶质量,解决吸收层和缓冲层之间界面能带偏移值较大的问题,从而减少电池器件的开路电压亏损,提高器件效率;二价阳离子的额外添加,如Co、Mn的额外添加,主要是优化薄膜的结晶性、帮助载流子的输运,提高吸收层薄膜的电学性能;最后,也总结两类阳离子掺杂措施的优缺点及应用前景。

关键词：铜锌锡硫铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池二价阳离子的取代二价阳离子的额外添加

铜锌锡硫和银铁共取代铜锌锡硫粉体的制备及研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

铜锌锡硫和银铁共取代铜锌锡硫粉体的制备及研究

作者：董文博昆明理工大学

学位级别：硕士

铜锌锡硫化合物（CuZn Sn S,CZTS）由于其低毒性,丰富的元素组成,理想的直接带隙（1.5e V）,以及可见光波长区域的高吸收系数(>10cm)而引起了人们的相当大的关注,是薄膜太阳能电池吸收层材料的理想候选者。本论文采用一锅法制备CZTS纳... 详细信息

铜锌锡硫化合物（CuZn Sn S,CZTS）由于其低毒性,丰富的元素组成,理想的直接带隙（1.5e V）,以及可见光波长区域的高吸收系数(>10cm)而引起了人们的相当大的关注,是薄膜太阳能电池吸收层材料的理想候选者。本论文采用一锅法制备CZTS纳米颗粒,首先以不同比例的乙二醇（EG）和三乙烯四胺（TETA）为溶剂制备CZTS纳米颗粒,并通过XRD、SEM、XPS分析探究了不同溶剂比对CZTS纳米颗粒矿相、形貌、化学价态的影响,并研究了CZTS纳米颗粒的生长机理。实验结果表明,当以EG为溶剂时,产物为锌黄锡矿相CZTS纳米颗粒,随着TETA的加入,CZTS纳米颗粒表现出由锌黄锡矿结构向纤锌矿结构的相转变。从形核过程来看,当以EG为溶剂时,首先形核Cu S,进而形成锌黄锡矿相CZTS纳米颗粒,当以TETA为溶剂时,首先形核CuS,进而形成纤锌矿相CZTS纳米颗粒。随后以油胺为溶剂制备CZTS纳米颗粒,通过XRD、SEM探究了温度对合成的CZTS纳米颗粒物相及形貌的影响,并研究了CZTS纳米颗粒的生长机理。实验结果表明,当第一步加热温度为180℃,第二步加热温度为250℃时,合成了结晶性较好且粒径均匀的纤锌矿相CZTS纳米颗粒,从形核过程来看,首先形核CuS,进而形成纤锌矿相CZTS纳米颗粒。在合成的纤锌矿相CZTS纳米颗粒的基础上,用Ag部分取代Cu,用Fe部分取代Zn,成功合成了铜银铁锌锡硫（CAFZTS）纳米颗粒,并通过XRD、拉曼、SEM、TEM、Uv-vis对合成的(CuAg)(FeZn)Sn S纳米颗粒的物相结构、形貌特征及光学性质进行了表征和分析。实验结果表明,Ag、Fe的共取代使所合成的纳米粒子随着Ag、Fe的加入表现出从纤锌矿到锌黄锡矿结构的相变,Ag的加入可以增加带隙,Fe的加入可以减小带隙,Ag、Fe的加入使CZTS纳米颗粒的带隙可在1.17～1.58e V之间调节。通过研究CAFZTS纳米颗粒的能带关系发现,Ag的加入使CZTS价带顶向下偏移,Fe的加入使导带底下移。综上所示,Ag、Fe共取代一方面可以改变CZTS的能带结构,使其带隙大小合适,另一面能够对CZTS不同的矿相实现选择性合成。

关键词：铜锌锡硫替位取代 (Cu1-xAgx)2(FeyZn1-y)SnS4 带隙调控

铜锌锡硫太阳能电池吸收层与缓冲层的溶液法制备及性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

铜锌锡硫太阳能电池吸收层与缓冲层的溶液法制备及性能研究

作者：黄阿靖兰州交通大学

学位级别：硕士

随着工业化进程的加速以及人口的日益增多,人们对能源的需求量也越来越大。为了避免矿物燃料的过度利用,人类迫切需要找到一种可以替代矿物燃料的新能源。太阳能是一种清洁、环境友好、分布广泛的可再生能源。近年来,太阳能的发展与利... 详细信息

随着工业化进程的加速以及人口的日益增多,人们对能源的需求量也越来越大。为了避免矿物燃料的过度利用,人类迫切需要找到一种可以替代矿物燃料的新能源。太阳能是一种清洁、环境友好、分布广泛的可再生能源。近年来,太阳能的发展与利用对推动世界范围内可再生能源的发展具有重要意义。太阳能电池技术也已经成为一种重要的利用太阳能的方式,其中,铜锌锡硫（CZTS）太阳电池由于其制备方法简单,成本低,光吸收系数高而备受关注。CZTS薄膜太阳能电池吸光层组成元素丰富且无毒,其光学带隙接近太阳能电池的最佳光学带隙（1.5 e V）且带隙可调,该电池的最高光电转换效率可达32.8%,是一种极具应用前景的新型薄膜太阳能电池。目前限制CZTS太阳能电池产业化的主要因素有制备工艺复杂,生产成本昂贵,缓冲层材料有毒性和与吸光层之间的能带偏移等。CZTS吸收层的制备方法有很多种,主要可以将其划分为两种,一种是真空法,另一种是非真空法。真空法所需设备昂贵且对真空度等实验条件要求较高,因此操作简单,成本低廉的溶液法就受到了科研人员的关注而迅速发展。目前CZTS太阳能电池最高的认证效率13%,其吸光层制备就是采用了溶液法,因此溶液法在CZTS太阳能电池的发展中具有广阔应用前景。同时对于缓冲层来说,研究人员也在尝试各种无镉或者少镉的、并与吸光层能带更匹配的材料来替代传统的硫化镉缓冲层。因此本论文将采用溶液法制备CZTS太阳能电池的吸光层和缓冲层,并将其制备成电池器件,并对材料与器件性能进行一系列的表征与测试。（1）采用氧化铜、氧化锌和氧化亚锡为金属源,硫代乙醇酸和乙醇胺的溶液体系,成功地制得了CZTS溶胶,并将溶胶进行热重（TGA）分析,得到了320℃的最佳预处理温度。然后将前驱体溶液进行多次旋涂退火,并进行了硒化处理制备出了CZTSSe薄膜。通过XRD测试分析发现其晶体结构为锌黄矿结构晶体结构,沿着（112）晶面择优取向。接着对其薄膜进行了紫外可见光分析,计算出其光学带隙为1.03 e V,薄膜形貌致密无孔洞。（2）通过溶液法制备了乙基黄原酸镉和丁基黄原酸锌的配合物。通过热重分析,探究了其最佳的热分解温度,并对其产物进行了基本的结构表征。之后将其按照不同的比例掺杂,通过热分解黄原酸配合物的方法制备了ZnCdS的固溶体。之后将其应用到铜锌锡硫太阳能电池缓冲层中,并对其进行了性能的表征,结果显示ZnCdS作为缓冲层时效率最高,最高效率为2.21%。（3）通过溶液法制备了乙基黄原酸铟配合物,通过热重分析,探究了热分解温度下InS产物的晶体结构,并对其产物进行了形貌表征。之后将热分解黄原酸配合物制备的InS应用CZTS太阳能电池缓冲层中,探究了不同热分解温度下制得的InS作为缓冲层对电池器件性能影响,结果显示:250℃下电池器件效率最高,最高效率为1.71%。

关键词：溶液法吸收层缓冲层硫化物铜锌锡硫

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

铜锌锡硫薄膜材料及其器件应用研究进展

物理学报 2015年第6期64卷 18-29页

作者：刘浩薛玉明乔在祥李微张超尹富红冯少君天津理工大学电子信息工程学院天津300384 天律电源研究所天津300384

铜锌锡硫薄膜材料组成元素储量丰富,环境友好,成本低廉,成为最具前景的薄膜材料之一.目前,Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜太阳电池的最高转换效率已经达到12.6%.本文总结了Cu2ZnSnS4(CZTS)的发展历史,依次介绍了CZTS薄膜材料的结构特性、... 详细信息

铜锌锡硫薄膜材料组成元素储量丰富,环境友好,成本低廉,成为最具前景的薄膜材料之一.目前,Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜太阳电池的最高转换效率已经达到12.6%.本文总结了Cu2ZnSnS4(CZTS)的发展历史,依次介绍了CZTS薄膜材料的结构特性、光学特性、电学特性、界面特性和Na对CZTS薄膜的影响,详细介绍了CZTS薄膜的制备方法及器件应用的最新研究进展,总结了目前CZTS薄膜太阳电池发展中存在的问题,展望了今后的研究方向.

关键词：铜锌锡硫特性制备器件

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

铜锌锡硫带边电子结构及缺陷态的光学表征

红外与毫米波学报 2020年第1期39卷 92-98页

作者：马骕驭马传贺卢小双李国帅孙琳陈晔越方禹褚君浩华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室上海200241 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083

利用吸收、光电流和光致发光等光谱表征并结合理论报道,分析了缺陷态丰富的铜锌锡硫半导体材料的光学带隙、带尾态和深浅杂质能级,揭示了Sn_(Zn)相关的缺陷态是影响铜锌锡硫带边电子结构的关键因素,其中高浓度的中性缺陷簇[2Cu_(Zn)+Sn_... 详细信息

利用吸收、光电流和光致发光等光谱表征并结合理论报道,分析了缺陷态丰富的铜锌锡硫半导体材料的光学带隙、带尾态和深浅杂质能级,揭示了Sn_(Zn)相关的缺陷态是影响铜锌锡硫带边电子结构的关键因素,其中高浓度的中性缺陷簇[2Cu_(Zn)+Sn_(Zn)]能导致带隙明显窄化,而离子性缺陷簇[Cu_(Zn)+Sn_(Zn)]是主要的深施主缺陷态,同时存在的大量带尾态引起带边相关的光致发光峰明显红移。贫铜富锌条件下,适当减少锡含量,可有效抑制与Sn_(Zn)相关的缺陷簇,并避免带隙的窄化。

关键词：禁带宽度半导体缺陷光谱表征铜锌锡硫

铜锌锡硫半导体薄膜材料的制备与表征(英文)

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

硅酸盐学报 2011年第7期39卷 1108-1111页

作者：史成武史高杨陈柱孙人杰夏梅合肥工业大学化学工程学院合肥230009 中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室合肥230031

采用水热法成功制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)半导体材料,通过浸涂法制备了相应的薄膜,并在N2气氛中于400℃对薄膜进行了退火处理。用X射线荧光光谱分析了所得CZTS粉末中各组成元素的含量,并分别用X射线衍射、扫描电子显微镜和紫外-可见-近红... 详细信息

采用水热法成功制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)半导体材料,通过浸涂法制备了相应的薄膜,并在N2气氛中于400℃对薄膜进行了退火处理。用X射线荧光光谱分析了所得CZTS粉末中各组成元素的含量,并分别用X射线衍射、扫描电子显微镜和紫外-可见-近红外光谱对CZTS薄膜样品的晶体结构、表面形貌和带隙进行了表征。结果表明:所得的CZTS粉末的元素组成为Cu1.90Zn0.94Sn1.00S4.30,符合理论化学计量比,所制备的CZTS薄膜具有良好的结晶度,表面均匀、无裂纹,其直接带隙为1.51 eV,退火后降低到1.34 eV。

关键词：铜锌锡硫水热法薄膜浸涂法制备

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的银掺杂

材料工程 2018年第12期46卷 95-100页

作者：李桐张林睿杨炎翰张永哲宋雪梅汪浩严辉北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

采用电化学共沉积与磁控溅射法制备出不同Ag原子比的银铜锌锡硫(ACZTS)吸收层。利用X射线衍射(XRD),拉曼光谱,扫描电镜(SEM),X射线能谱仪(EDS)及电化学测试等分析技术对制得薄膜的成分、结构、形貌及性能进行分析和研究。结果表明:制备... 详细信息

采用电化学共沉积与磁控溅射法制备出不同Ag原子比的银铜锌锡硫(ACZTS)吸收层。利用X射线衍射(XRD),拉曼光谱,扫描电镜(SEM),X射线能谱仪(EDS)及电化学测试等分析技术对制得薄膜的成分、结构、形貌及性能进行分析和研究。结果表明:制备的ACZTS吸收层具有贫铜富锌的特点,Ag的掺入对薄膜的形貌有很大的影响,Ag原子比的增加可以明显促进晶粒长大,使薄膜表面更加致密;此外,Ag掺杂后薄膜表面具有n型与p型半导体特性;当Ag原子比为22%时,薄膜对入射光的吸收明显增强,瞬态光电流密度最大,当Ag原子比为28%时,薄膜稳态光电流密度提升最为明显。

关键词：铜锌锡硫吸收层银掺杂光电化学测试

溶液法制备铜锌锡硫自供能二氧化氮气体传感器研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

溶液法制备铜锌锡硫自供能二氧化氮气体传感器研究

作者：王云鹏云南师范大学

学位级别：硕士

光伏自供能气体传感器通常使用光伏效应收集光能为气体传感器供电。因此,光伏自供能气体传感器的基本功能就是供电功能(太阳电池)和传感功能(气体传感器)。铜锌锡硫(CuZn Sn S,CZTS)因其高光吸收系数(>10 cm),可调直接带隙(1.45～1.6 e... 详细信息

光伏自供能气体传感器通常使用光伏效应收集光能为气体传感器供电。因此,光伏自供能气体传感器的基本功能就是供电功能(太阳电池)和传感功能(气体传感器)。铜锌锡硫(CuZn Sn S,CZTS)因其高光吸收系数(>10 cm),可调直接带隙(1.45～1.6 e V)、p型导电特性等性质非常适合用于太阳电池和气敏传感材料。因此,CZTS是用于光伏自供能气体传感器的潜在多功能材料。高光电转换效率的太阳电池和高灵敏度的气体传感器是自供能气体传感器所追求的目标。CZTS材料本身存在的阳离子无序缺陷和表面形貌结构的难以调控,这是制备高性能自供能气体传感器需要重点解决的问题。因此,本论文以基于CZTS的光伏自供能气体传感器的研制为目标,围绕太阳电池和气敏传感器性能优化开展研究。首先,以醋酸镁为镁源,通过溶液法进行微量Mg掺杂取代部分Zn,制备出阳离子无序缺陷和杂质相较少的Mg掺杂CZTS薄膜太阳电池。Mg的引入对CZTS薄膜太阳电池起到了四重作用。第一,Mg原子引入后所制备的CZMTS吸收体晶粒更加致密,晶粒尺寸更大甚至贯穿整个吸收体,在与Mo界面接触处孔洞少、相对紧密。第二,Mg原子取代部分Zn进入CZTS晶格减少了阳离子无序缺陷和Zn S等杂质相,提高了CZTS吸收体的晶体质量。第三,Mg原子的引入直接影响了CZTS吸收体的载流子传输性能,比如降低了载流子浓度,提高了迁移率。第四,Mg原子引入后增强了CZTS吸收体在长波区域的电荷收集能力。这四个作用使得所制备得到的CZMTS薄膜太阳电池的开路电压达到679 m V,短路电流密度达到了15.32 m A/cm。其次,我们开发了一种溶液滴涂和低温退火的方法,通过控制退火时间制备了具有花椰菜状球形堆积结构的CZTS纳米晶。一方面,CZTS这种花椰菜状球形堆积结构的传感表面能够实现有效气体扩散和快速的电荷转移,从而提高其灵敏度和响应/恢复时间特性;另一方面,该结构的CZTS纳米晶的粒径在50 nm左右,纳米级的晶粒尺寸能够实现电子耗尽层的增强调制,进而增强灵敏度、降低检测限。因此,基于该形貌结构的气体传感器在室温下,对NO气体的响应值为1.287(50 ppb)和4.04(1 ppm),响应和恢复时间为73/131秒(50 ppb)和122/231秒(1 ppm),可测试检测限为50 ppb,理论检测限为1.454 ppb。最后,验证了溶液法制备方法的优势,并且性能优化后的器件基本满足了CZTS基光伏自供能气体传感器对供电和传感的需求,这为其以后的成功研制奠定坚实的基础。

关键词：溶液法铜锌锡硫光伏自供能薄膜太阳电池气体传感器

DMSO溶液法制备高效铜锌锡硫薄膜太阳能电池研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

DMSO溶液法制备高效铜锌锡硫薄膜太阳能电池研究

作者：朱强南京邮电大学

学位级别：硕士

锌黄锡矿结构的多元化合物半导体材料铜锌锡硫(CuZn Sn S,CZTS)、铜锌锡硒(CuZn Sn Se,CZTSe)、及其合金铜锌锡硫硒(CuZn Sn(S,Se),CZTSSe)因元素组分地球储量丰富、吸光系数高(10 cm)、带隙可调(1.0-1.5 e V)等特点被认为是具有发展前... 详细信息

锌黄锡矿结构的多元化合物半导体材料铜锌锡硫(CuZn Sn S,CZTS)、铜锌锡硒(CuZn Sn Se,CZTSe)、及其合金铜锌锡硫硒(CuZn Sn(S,Se),CZTSSe)因元素组分地球储量丰富、吸光系数高(10 cm)、带隙可调(1.0-1.5 e V)等特点被认为是具有发展前景的薄膜太阳能电池材料,而CZTS因其不含有毒元素Se较CZTSe和CZTSSe更绿色环保。近几年来,该类半导体材料受到越来越多的关注。制备CZTS薄膜太阳能电池的方法分为真空法和溶液法两种,溶液法较真空法制备成本低且能够对薄膜元素进行精准的调控。本文以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,以简单金属盐和硫脲为前驱体化合物制备前驱体溶液和CZTS薄膜太阳能电池,探索了前驱体膜的最佳硫化条件,研究了CZTS薄膜的晶粒生长机制,并通过前驱体溶液对CZTS进行Cd和Ag掺杂,研究了阳离子取代对吸收层薄膜晶粒生长机制的影响。本论文的具体研究内容和结果如下:(1)DMSO溶液法制备CZTS薄膜太阳能电池。以DMSO为溶剂,以Cu Cl、Zn(OAc)、Sn Cl和硫脲(Tu)为Cu、Zn、Sn和S的前驱体化合物制备溶液,通过对硫化时间、硫化温度、硫粉用量的探索,得到了光电转换效率7.0%器件,其短路电流密度为18.8 m A cm,开路电压为0.731 V,填充因子为49.8%。该器件的效率为DMSO溶液法制备CZTS薄膜太阳能电池的最高值。对吸收层薄膜进行物相分析时发现,通过该方法制备出的CZTS吸收层薄膜具有排列密集的大晶粒结构和光滑平整的吸收层表面。(2)CZTS吸收层薄膜晶粒生长机制研究。通过对不同元素组分下制备的CZTS吸收层薄膜的晶粒生长过程进行研究,发现在贫Cu条件下,吸收层薄膜中首先形成Sn S相并辅助晶粒的生长,薄膜形貌为致密大晶粒,随着Cu含量的增加,Sn含量相对减少,薄膜在生长过程中未检测到Sn S相的生成,以直接相变路径生成CZTS,该条件下制备的薄膜晶粒尺寸较小,结晶性较差。进一步研究了元素组分对器件性能的影响,得到了光电转换效率最佳的薄膜元素配比(Zn/Sn=1.2,Cu/(Zn+Sn)=0.85)。通过对该条件下制备的薄膜进行异质结后退火处理将器件的光电转换效率从6.4%提升至9.0%。(3)Cd和Ag阳离子取代对吸收层薄膜晶粒生长机制的影响。首先研究了Cd部分取代Zn对晶粒生长及器件性能的影响。研究发现,Cd掺杂不仅可以提升薄膜的结晶性,而且还可以减少Zn S相的生成。随着Cd掺杂浓度的提高,晶粒尺寸呈现先变大后减小的趋势,在掺杂浓度为20%时晶粒尺寸达到最佳,在该浓度下制备的器件光电转换效率达到10.4%,较未掺杂时提升了35%。在对吸收层薄膜进行Ag元素掺杂时发现,Ag掺杂并未改变晶粒生长过程,但是掺杂浓度的增加,薄膜的结晶性得到显著提高,且在掺杂后薄膜的生长速度加快,达到最佳器件性能所需硫化时间缩短。本文以DMSO溶液作为溶剂,使用金属盐和硫脲作为前驱体化合物,制备CZTS薄膜太阳能电池,通过对硫化条件、薄膜晶粒生长机制等问题的研究,将未掺杂时的器件效率提升至9.0%。对吸收层薄膜进行阳离子掺杂后,器件光电转换效率最高可达10.4%。这不仅为溶液法制备CZTS薄膜太阳能电池提供了一种绿色溶剂的选择,还为进一步提高CZTS薄膜太阳能电池性能提供了一种新的思路。

关键词：前驱体溶液法二甲基亚砜铜锌锡硫晶粒生长