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基于SCAPS仿真分析cztse薄膜太阳能电池的性能影响因素

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西北师范大学学报（自然科学版） 2022年第3期58卷 37-42,115页

作者：方奕锟谈晓辉韩修训江西理工大学材料冶金化学学部光电功能材料与器件研究所江西赣州341000

影响铜锌锡硒(cztse)薄膜太阳能电池光伏性能的因素众多,仿真研究各种因素对器件性能的影响规律是提高器件效率的有效途径.基于实际制备的cztse电池器件,采用SCAPS太阳能电池仿真软件对该电池的J-V特性进行拟合,分别考查了串/并联电阻... 详细信息

影响铜锌锡硒(cztse)薄膜太阳能电池光伏性能的因素众多,仿真研究各种因素对器件性能的影响规律是提高器件效率的有效途径.基于实际制备的cztse电池器件,采用SCAPS太阳能电池仿真软件对该电池的J-V特性进行拟合,分别考查了串/并联电阻、体相缺陷态密度和界面缺陷态密度对cztse器件性能的影响,综合分析了限制器件性能的主要因素和提升器件效率的有效途径.研究结果对于制备高效率cztse太阳能电池具有一定的指导意义.

关键词：薄膜太阳能电池 cztse SCAPS 仿真

柔性双面cztse薄膜太阳能电池的电沉积法制备及性能优化

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柔性双面CZTSe薄膜太阳能电池的电沉积法制备及性能优化

作者：蔡航河南大学

学位级别：硕士

太阳能因具有取之不尽、用之不竭且绿色环保等优势,被视为清洁可再生能源的代表。基于半导体材料的太阳能电池可直接将太阳能转换为电能,是解决能源危机和环境问题的重要途径。柔性双面太阳能电池不仅可通过卷对卷工艺实现大面积生产,... 详细信息

太阳能因具有取之不尽、用之不竭且绿色环保等优势,被视为清洁可再生能源的代表。基于半导体材料的太阳能电池可直接将太阳能转换为电能,是解决能源危机和环境问题的重要途径。柔性双面太阳能电池不仅可通过卷对卷工艺实现大面积生产,还具有薄膜太阳能电池轻薄、高功率重量比的优势,在通讯、航天、民用设施等领域极具发展潜能。同时,双面太阳能电池可吸收多方向的光源,提升单位面积上光的利用率,极具经济效益。在众多薄膜太阳能电池中,CuZnSn Se(cztse)因其组成元素丰富、环境友好、稳定性好、光吸收系数高、理论转化效率高等优点,被视为极具发展潜力的新一代光伏材料。目前,采用溶液法构筑的柔性双面CuZnSn(S,Se)薄膜太阳能电池已经取得重大突破,双面电池效率均在9.0%以上。然而,溶液法存在制备工艺繁琐以及安全系数较低的弊端。此外,器件光电转化效率与理论效率相差甚远,限制其效率的主要因素是严重的开路电压损失和偏低的填充因子。这是因为柔性基底带来的固有缺陷以及材料本身存在相稳定区域窄易产生杂相/不良缺陷,且高温硒化过程中在背界面易产生二次相以及过厚的硒化钼,形成价带势垒,诱导严重的背界面复合。因此,简单、绿色制备工艺的探索和不良缺陷/杂相的抑制是目前构筑高效柔性双面cztse太阳能电池的关键。本论文针对常规溶液法制备双面吸收层带来的诸多弊端,利用离子均匀扩散/吸附机制和钼箔的双面导电特性,提出采用简单、绿色的电化学沉积工艺,发展一种高效制备柔性双面cztse太阳能电池的新技术;针对不良缺陷/杂相的抑制方面,提出采用分步预合金的方式,有效抑制不良缺陷/簇,优化背界面,进一步改善柔性双面器件性能。具体研究内容如下:1、电沉积法制备柔性双面cztse薄膜太阳能电池鉴于前期我们在电沉积方面的经验和研究思路的启发,提出采用简单、绿色的电沉积工艺一步制备高质量柔性双面吸收层的策略。首先,采用电抛光与王水刻蚀两种方法处理钼箔,去除钼箔表面的氧化物/杂质,并研究其对钼箔表面粗糙度、电学性质的影响。其次,采用分步电沉积方式制备双面Cu/Sn/Zn预制层,探索不同的升温时间对吸收层薄膜形貌、组分、物相等方面的影响。通过一系列实验参数的优化与探索,成功将柔性双面cztse薄膜太阳能电池效率提升到6.0%以上。同时,构筑的双面器件具有良好的柔性和双面光响应特性,为其更广阔的应用提供了更多可能。2、Cu/Sn预合金化优化器件性能为提高吸收层质量、减少不良缺陷的形成、优化背界面,提出Cu/Sn预合金化处理的方式,进一步提升柔性双面cztse薄膜太阳能电池的器件效率。探究不同的Cu/Sn预合金温度以及保温时间对双面薄膜的形貌、元素组成、物相结构、晶体生长、缺陷抑制及器件性能等方面的影响规律,揭示柔性双面cztse薄膜电池光电性能的提升机理,实现双面吸收层光电性能的优化。研究结果显示,引入Cu/Sn预合金化处理后,吸收层平整致密且晶粒贯穿,带尾态被抑制,界面缺陷和体缺陷浓度有效降低,电荷输运得到了明显改善,成功将双面器件效率提升至8.0%以上。该论文针对柔性双面cztse太阳电池的研究现状及存在的关键问题,提出电沉积法一步构筑高质量柔性双面cztse吸收层的方案,并设计预合金化改善柔性双面cztse光电性能的策略,实现柔性双面cztse太阳能电池的构筑与性能优化。本论文为绿色电沉积制备新型柔性双面cztse及其他双面材料的高效研发和应用提供有效的技术指导和实验借鉴,具有重要科学意义和应用价值。

关键词： cztse 柔性双面薄膜太阳能电池电化学沉积预合金

基于MEA-DMF前驱体溶液制备cztse薄膜及其光伏性能研究

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基于MEA-DMF前驱体溶液制备CZTSe薄膜及其光伏性能研究

作者：方奕锟江西理工大学

学位级别：硕士

锌黄锡矿铜锌锡硫硒(CZTSSe)因具有高光吸收系数、可调的光学带隙、组成元素无毒且地壳含量丰富等优势被认为是极具发展潜力的光伏材料。近年来,使用非肼溶液制备CZTSSe薄膜太阳电池取得了长足进展,最高光电转换效率已达到13%。目前,用... 详细信息

锌黄锡矿铜锌锡硫硒(CZTSSe)因具有高光吸收系数、可调的光学带隙、组成元素无毒且地壳含量丰富等优势被认为是极具发展潜力的光伏材料。近年来,使用非肼溶液制备CZTSSe薄膜太阳电池取得了长足进展,最高光电转换效率已达到13%。目前,用于制备CZTSSe的主流溶液体系均需要引入硫源以获得稳定的前驱体溶液。然而,大部分含硫基团的有机溶液毒性较大,前驱体在干燥过程中也将不可避免地释放出含硫的有害气体,对设备、环境和工艺提出了更高的要求。因此,开发无硫(硒)的前驱体溶液制备高质量CZTSSe吸收层具有重要实际意义。本论文基于低毒的单乙醇胺(MEA)/N,N二甲基甲酰胺(DMF)混合溶剂发展了新型无硫(硒)前驱体溶液,并采用该溶液成功制备了cztse薄膜及其电池器件。针对MEA/DMF无硫(硒)前驱体溶液制备cztse过程中的前驱体成膜和后硒化处理两步关键工艺,系统研究了前驱体热处理时间对cztse材料特性及电池器件性能的影响;在深入理解前驱体成膜机制的基础上,进而研究了硒化保温过程对cztse吸收层及其器件性能的影响,确立了使用MEA/DMF无硫(硒)溶液制备高质量cztse吸收层的硒化条件;通过对已获得的高效率器件进行光伏性能模拟,分析了关键因素对器件性能的影响规律和机制,明确了进一步提升效率的努力方向。论文取得的主要研究成果如下:1.通过在MEA中引入DMF改善了前驱体溶液中金属盐的溶解性和溶液对Mo基底的润湿性,当DMF含量为30%时,前驱体溶液具有良好的稳定性和在Mo基底的成膜性。在此基础上研究了前驱体干燥时间对前驱体、cztse吸收层以及电池器件的影响,研究结果表明:随干燥时间的增加,前驱体中的合金相逐渐由CuSn11相向CuSn相转变,并有尺寸变大、向表面聚集的趋势。该分布趋势导致硒化后吸收层整体呈现出由大晶粒层、小晶粒层和富碳层组成的三明治结构。当干燥时间为6 min时,制备的cztse吸收层具有更好的结晶性,载流子寿命达到1.85 ns,最高效率达到6.6%。2.硒化保温时间对cztse的结晶生长过程和器件性能有重要影响。在550 C下从0min到15 min改变保温时间发现,cztse的晶粒尺寸、载流子寿命、器件的主要性能参数均呈现先增大后降低的趋势。证实了延长硒化保温时间在促进Zn Se、Sn Se等二元相充分参与反应,促使晶粒充分长大方面效果明显;但保温时间过长会引起背电极Mo的过度硒化,导致吸收层性能因热分解而趋向劣化。研究确立了最优保温时间为12 min,该硒化条件有效降低了吸收层表面或界面杂相的聚集,相应器件的最高转换效率达到了7.5%,填充因子和短路电流密度分别达到53.6%和36.6 m A·cm。3.基于实验中获得的材料和器件参数对最高转换效率的电池器件进行了拟合,确认了当前器件较大的串联电阻是影响器件性能的主要因素。进一步的器件模拟表明,当串联电阻从2.5Ω·cm降至0.01Ω·cm时,器件的理论效率可从7.55%提升到约10%。体相深能级缺陷对性能的影响程度存在临界值,缺陷态的浓度低于该临界值时,对器件参数影响不大;当浓度超过这一临界值时,随着缺陷态浓度的增加,器件性能迅速衰减;该临界值的大小与器件中载流子的有效收集距离及光吸收深度密切相关。界面缺陷态复合在缓冲层与吸光层形成负导带带阶的情况下对器件性能影响更显著;当前器件的Cd S缓冲层与cztse吸收层形成了较为理想的0.3 e V正导带带阶,在不影响电子界面传输的同时,有效减少了载流子的复合。在充分优化串/联电阻,抑制体相/界面缺陷态以及带尾态的影响后,并保持其他参数不变的情况下,预期器件效率可提升至14.8%。

关键词： cztse 薄膜太阳能电池溶液法器件模拟

电沉积Cu/Zn金属预制层后续低硒压硒化制备cztse薄膜

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太阳能学报 2015年第6期36卷 1528-1532页

作者：姚立勇敖建平汤勇曾海峰钟福回黄云翔毕金莲高守帅南开大学光电子薄膜器件与技术研究所天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室光电信息技术科学教育部重点实验室天津300071 华南理工大学机械与汽车工程学院表面功能结构先进制造广东普通高校重点实验室广州510640 广东省阳江市汉能工业有限公司阳江529533

在玻璃/Mo衬底上采用恒电流顺序电沉积Cu-Zn金属预制层,后续在SnSe_x(x=1,2)气氛较低硒压条件下硒化制备cztse薄膜。SnSe_x(x=1,2)分压由Sn源温度控制,Se分压由Se源温度控制,Se源及样品温度分别为270℃和570℃。采用3种不同的硒化处理... 详细信息

在玻璃/Mo衬底上采用恒电流顺序电沉积Cu-Zn金属预制层,后续在SnSe_x(x=1,2)气氛较低硒压条件下硒化制备cztse薄膜。SnSe_x(x=1,2)分压由Sn源温度控制,Se分压由Se源温度控制,Se源及样品温度分别为270℃和570℃。采用3种不同的硒化处理工艺对金属预制层进行硒化处理。通过SEM及EDS表征cztse薄膜的结构、形貌及成分。综合SEM及EDS测试结果,确定cztse和Mo界面处MoSe_2相很薄。实验发现较低SnSe_x(x=1,2)气氛条件下可实现高温低Se压硒化CuZn预制层制备单相cztse薄膜,经工艺优化得到效率为7.6%的cztse太阳电池。

关键词： cztse 电沉积低硒压硒化金属预制层

cztse/Cd_(1-x)Zn_xS界面能带结构研究

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人工晶体学报 2016年第8期45卷 2061-2066页

作者：张超李微邓朝文杨立中国电子科技集团公司第十八研究所天津300384 天津理工大学天津300384

严重的开路电压损耗是限制铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池性能提升的关键问题,其吸收层和缓冲层界面的能带结构有待进一步优化。针对此问题,本文对cztse/Cd_(1-x)Zn_xS界面的能带结构进行了研究。首先,模拟计算了化学水浴法制备Cd_(1-x)Zn_x... 详细信息

严重的开路电压损耗是限制铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池性能提升的关键问题,其吸收层和缓冲层界面的能带结构有待进一步优化。针对此问题,本文对cztse/Cd_(1-x)Zn_xS界面的能带结构进行了研究。首先,模拟计算了化学水浴法制备Cd_(1-x)Zn_xS薄膜所需的溶液体系条件,通过椭偏仪和SEM测试结果分析了不同Cd/Zn比例的Cd_(1-x)Zn_xS缓冲层形貌、光学特性以及禁带宽度。然后,对cztse/Cd_(1-x)Zn_xS界面进行了XPS测试分析,发现cztse/Cd_(0.9)Zn_(0.1)S界面最为匹配,其导带失调值约为0.3 eV。最后对电池器件进行了制备与测试,得到的cztse/Cd_(0.9)Zn_(0.1)S结构的太阳电池比cztse/CdS结构具有更高的开路电压,达到了394 mV,转换效率达到了5.78%。

关键词： Cd1-xZnxS cztse XPS测试能带结构

Insight into band alignment of Zn(O,S)/cztse solar cell by simulation

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Chinese Physics B 2019年第4期28卷 408-414页

作者：姜振武高守帅王思宇王东潇高鹏孙强周志强刘玮孙云张毅 Institute of Photoelectronic Thin Film Devices and Technology Tianjin Key Laboratory of Photoelectronic Thin Film Devices and Technology Tianjin Institute of Power Source

Cd-free kesterite structured solar cells are currently attracting attention because they are environmentally friendly. It is reported that Zn(O,S) can be used as a buffer layer in these solar cells. However, the band alignment is not clear and the carrier concentration of Zn(O,S) layer is low. In this study, the band alignment of the Zn(O,S)/Cu_2 ZnSnSe_4 p–n junction solar cell and the effect of In_2 S_3/Zn(O,S) double buffer layer are studied by numerically simulation with wxAMPS software.By optimizing the band gap structure between Zn(O,S) buffer layer and Cu_2 ZnSnSe_4 absorber layer and enhancing the carrier concentration of Zn(O,S) layer, the device efficiency can be improved greatly. The value of CBO is in a range of 0 eV–0.4 eV for S/(S + O)= 0.6–0.8 in Zn(O,S). The In_2 S_3 is mainly used to increase the carrier concentration when it is used as a buffer layer together with Zn(O,S).

关键词： cztse band alignment double buffer layer simulation

cztse薄膜太阳能电池的磁控溅射制备及背界面优化

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CZTSe薄膜太阳能电池的磁控溅射制备及背界面优化

作者：刘志文河南大学

学位级别：硕士

薄膜太阳能电池因其较低的生产成本、较高的光电转换效率等优点,引起了社会的广泛关注。与之相关的材料制备及开发应用成为当今缓解能源危机和环境污染的重要手段。铜锌锡硫硒(CuZn Sn(S,Se),CZTSSe)薄膜太阳能电池由于其原材料储量丰... 详细信息

薄膜太阳能电池因其较低的生产成本、较高的光电转换效率等优点,引起了社会的广泛关注。与之相关的材料制备及开发应用成为当今缓解能源危机和环境污染的重要手段。铜锌锡硫硒(CuZn Sn(S,Se),CZTSSe)薄膜太阳能电池由于其原材料储量丰富且安全无毒、理论光电转换效率高、光吸收系数高等特点,被认为是最理想的光伏吸收层材料。由于磁控溅射制备法易于大面积工业化生产且重复性高,备受科研者青睐。目前CZTSSe的最高效率为12.6%,远低于理论效率(32%),离工业化生产的要求还存在着较大差距。研究表明影响其光电效率的主要因素有:(1)吸收层的质量。不良缺陷/簇(Cu,(2Cu+Sn )等),二次相(Zn(S,Se),Sn(S,Se),Cu(S,Se)),结晶质量,薄膜致密度等因素都会影响吸收层的质量。(2)界面的质量。界面主要包括背界面(CZTSSe/Mo)和异质结界面(p-CZTSSe/n-Cd S)。由此可见,背界面的Mo层对器件的性能起着至关重要的作用,主要体现在:(1)Mo的功函与CZTSSe匹配良好,利于载流子的分离和传输;(2)Mo在高温下的化学稳定性好。但以Mo为背电极,也存在着诸多不良因素:(1)在高温硒化过程中,CZTSSe/Mo界面不稳定,易导致过多的二次相和空洞,增加界面势垒和界面复合。(2)在硒气氛下,Mo极易被硒化,在Mo与CZTSSe之间形成一层Mo Se。过厚的Mo Se层会增加串联电阻,诱导背电场的形成,阻碍空穴的传输,恶化器件性能。针对以上问题,本论文以吸收层质量的提高和背界面的优化为目的,展开了一系列的研究。首先,采用磁控溅射法,分别调研了不同的硒化升温速率和温度对薄膜质量和器件性能的影响,探究并优化cztse硒化工艺,获得了8.31%的最高光电转换效率。以此为基础,通过分步预合金的方式,有效降低Mo Se厚度,改善背界面质量,将最高光电转换效率提升至9.08%。为进一步改善吸收层质量,通过Se-Ge Se共硒化的方式,实现Ge元素的掺杂,优化吸收层质量,抑制不良缺陷,减小带尾,成功将效率提升至10.33%。具体研究内容如下:1、cztse薄膜电池硒化工艺的探索与优化。采用磁控溅射法,以铜、锡和锌为金属靶材,顺序溅射Mo/Sn/Cu/Zn/Sn/Cu金属预制层,在常压、氩气气氛下硒化制备cztse吸收层。研究了不同的升温速率和硒化温度对吸收层形貌、结晶质量及电池性能的影响,并优化实验方案,探究工艺参数、吸收层质量与电池性能之间的关系,确定具有最佳效率的实验条件。通过一系列研究发现,当升温速率为30℃/min,高硒化温度为550℃时,电池性能最好,效率为8.3%。2、分步预合金降低Mo Se厚度,优化背界面。为了减少背界面Mo Se的厚度,对Mo/Sn/Cu金属预制层首先进行250℃、15 min的合金化处理,其次进行后续Zn/Sn/Cu层的溅射、整体合金化和硒化,探究了分步合金化对Mo Se厚度及器件性能的影响。研究结果显示,进行分步合金化后,在Mo背电极处会形成一层致密的CuSn合金层,在硒化过程中有效的阻挡了Se蒸汽与Mo背电极的接触,抑制过度硒化,从而控制了Mo Se的厚度,使其从365 nm降低至80 nm,优化了背界面,改善电池器件效率至9.1%。3、Ge Se和Se共硒化改善吸收层质量。通过Se-Ge Se共硒化引入Ge元素,探究不同Ge Se的量和不同硒化温度对cztse薄膜质量及器件性能的影响,并优化实验方案,筛选最佳工艺参数。研究发现,当Ge Se为10 mg时,高温硒化温度为550℃时cztse吸收层质量最高,电池性能最好。并详细探究了Se-Ge Se共硒化方式对吸收层质量和器件性能的影响机制。通过一系表征发现,Se-Ge Se共硒化,能诱导Ge到吸收层的扩散,促进吸收层的结晶,抑制不良缺陷,cztse电池效率达到10.33%。热蒸一层Mg F后,效率达到11.34%。

关键词：磁控溅射 cztse 太阳能电池合金化背界面

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cztse薄膜太阳能电池关键材料研究

CZTSe薄膜太阳能电池关键材料研究

作者：赵文皓华中科技大学

学位级别：硕士

cztse(Cu2ZnSnS4)薄膜太阳能电池是一种极具潜力、适合大规模应用的新型太阳能电池。cztse材料具有组成成分成本低、吸收系数高、直接带隙、生产工艺多样等优点。本论文首先采用SCAPS-1D建立了cztse薄膜电池的模型并对其输出特性进行... 详细信息

cztse(Cu2ZnSnS4)薄膜太阳能电池是一种极具潜力、适合大规模应用的新型太阳能电池。cztse材料具有组成成分成本低、吸收系数高、直接带隙、生产工艺多样等优点。本论文首先采用SCAPS-1D建立了cztse薄膜电池的模型并对其输出特性进行了数值模拟,研究了cztse禁带宽度、cztse吸收层和CdS缓冲层厚度、工作温度以及寄生电阻对cztse太阳能电池的影响,为优化电池结构提供了理论依据。接着采用脉冲直流磁控溅射的方法在玻璃衬底上制备了用于太阳能电池窗口TCO(透明导电氧化物)层的IMO(In2O3:Mo)薄膜,研究了衬底温度对IMO薄膜性能的影响。实验制备出的IMO为方铁锰矿立方结构;在250℃的衬底温度下获得的最大迁移率为53.9cm2V-1s-1;在较高衬底温度下制备的IMO薄膜具备较高的透射率;IMO薄膜的光学带隙在3.5eV以上,适合作为太阳能电池的TCO层。最后,我们采用溅射后硒化的两步法工艺制备了cztse薄膜,即先采用共溅射方法制备CuZnSn金属前驱体,之后在管式炉中进行硒化。硒化压强在1-4mbar区间进行调整以研究其对cztse薄膜性质的影响。XRD测试结果证实了cztse的存在,EDS测试结果表明薄膜的组分接近cztse的化学计量比。实验制备出的薄膜表面较为粗糙,晶粒大小不一。所有的cztse样品都呈现出P型导电性,迁移率在1cm2V-1s-1的量级。测得薄膜中载流子浓度在1019～1020cm-3量级,电阻率在10-2Ω·cm量级。经过KCN溶液刻蚀后,载流子浓度下降约一个数量级。经测试并计算得到cztse的禁带宽度为0.92eV。

关键词：薄膜太阳能电池 SCAPS-1D数值模拟 cztse IMO

基于柔性Mo衬底的cztse的电沉积制备及光伏性能研究

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基于柔性Mo衬底的CZTSe的电沉积制备及光伏性能研究

作者：沈琪航河南大学

学位级别：硕士

薄膜太阳能电池由于成本低、便于大面积连续生产等优点,受到了国内外研究人员的广泛关注。柔性太阳能电池可以通过卷对卷(roll-to-roll)技术来实现低成本的大面积生产,同时具有轻薄、高功率重量比等特点,在一些独特的领域,如建筑墙体、... 详细信息

薄膜太阳能电池由于成本低、便于大面积连续生产等优点,受到了国内外研究人员的广泛关注。柔性太阳能电池可以通过卷对卷(roll-to-roll)技术来实现低成本的大面积生产,同时具有轻薄、高功率重量比等特点,在一些独特的领域,如建筑墙体、穿戴设备以及移动电源等,具有广阔的应用前景。CuZn Sn(S,Se)(CZTSSe)因元素储量丰富无毒、光吸收系数高、稳定性好、理论转换效率高等优点,被认为是绿色低成本的理想吸收层之一。目前,柔性CZTSSe薄膜太阳能电池的冠军效率是在钼箔上采用磁控溅射法制备实现的,为10.34%,与在玻璃衬底上的最高效率(12.6%)非常接近。这充分证实了实现高效柔性cztse太阳能电池的极大可能性。电化学沉积(电沉积)因较低的设备要求和绿色的合成工艺,被认为是最理想的制备方案。然而,使用电沉积在制备柔性cztse方面的研究较少,最高效率仍停滞在3.82%。这主要归咎于:(1)电沉积方式带来的困难。电沉积过程中,离子吸附和副反应的发生可能降低薄膜的质量,引入更多的不良缺陷/杂相。(2)柔性衬底的引入带来的困难。钼箔的粗糙度较大,且多有尖峰,易穿透电池造成短路,也可为成核中心,不利于载流子的分离和传输;钼箔中碱金属缺失,不利于薄膜的生长和结晶。(3)高温硒气氛下,钼箔易被硒化,形成过厚的Mo Se,增加串联电阻,恶化背界面。这些对电池性能都会产生不利的影响。为此,本论文针对电沉积制备柔性cztse薄膜太阳能电池存在的问题,提出了一系列解决方案。首先,利用前期在电沉积方面的优势,采用分步电沉积工艺在钼箔上制备柔性cztse薄膜太阳能电池,并优化实验方案,筛选最佳工艺参数。在此基础上,采用脉冲方式原位引入Mo O层,抑制Mo Se厚度,优化背界面;为进一步抑制Mo Se厚度,改善薄膜质量,通过引入Mo牺牲层和Na掺杂的双重方式,协同改善电池性能。具体研究内容如下:1、电沉积基cztse薄膜电池的制备与优化基于前期在电沉积方面的优势,采用同样的电沉积方式,在钼箔上制备cztse薄膜太阳能电池。鉴于衬底的不同和Zn元素沉积的困难,调研了不同的Zn的沉积时间对薄膜组分、形貌、结晶质量等方面的影响,并揭示其对器件性能之间的影响规律。通过对实验方案的优化与探索,成功将柔性电沉积基cztse薄膜电池效率提升到4.65%,实现了最高效率的突破。初次通过一步电沉积实现了双面柔性电池的制备,为拓展其应用领域提供了更多可能。2、原位电化学引入MoOx层改善柔性cztse光伏性能为抑制MoSe厚度,优化背界面,采用脉冲电化学方式引入MoO层,改善柔性cztse光伏性能。探究了Mo O层的引入对薄膜形貌、物相结构、结晶质量、缺陷浓度及器件性能等方面的影响。研究发现,Mo O层的引入,成功抑制了Mo Se的厚度,降低不良缺陷,逆转晶界性质,延长耗尽区宽度和少子寿命,促进电荷的分离和收集,并将柔性cztse器件效率提升到6.33%。3、Mo牺牲层和Na的引入协同改善柔性cztse光伏性能为进一步抑制MoSe的厚度,改善吸收层质量,采用引入Mo牺牲层和Na掺杂的双重方式,协同提高电池性能。通过磁控溅射法在钼箔上引入Mo层,充当阻挡层和牺牲层,抑制Mo Se的厚度,探究了不同溅射Mo层的厚度对cztse器件性能的影响,成功改善器件效率至6.79%;在此基础上,通过浸泡Na F溶液的方式引入Na元素,促进吸收层的生长和结晶,改善吸收层质量,通过对掺杂浓度的优化,成功将柔性cztse的电池效率提升到7.81%,实现柔性电沉积基cztse薄膜电池最高效率的新突破。本文通过电沉积方法实现了cztse薄膜的低成本制备,并采用了一系列方法将器件的效率提高至7.81%。后续将通过掺杂异质原子、优化界面层等方法来进一步提高器件的光电性能。

关键词：分步电沉积法 cztse 柔性薄膜太阳能电池背界面 MoOx层