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TiO2纳米颗粒光阳极的修饰及其敏化太阳能电池性能研究

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TiO2纳米颗粒光阳极的修饰及其敏化太阳能电池性能研究

作者：许爱春南京航空航天大学

学位级别：硕士

传统的染料敏化太阳能电池(DSSCs)以及无机半导体敏化太阳能电池中,通常采用TiO2纳米颗粒作为光阳极,研究表明通过对TiO2纳米颗粒光阳极进行修饰改性,对于提高电池效率有明显的促进作用。本文在DSSC与无机半导体cu2znsns4(CZTS)敏化太... 详细信息

传统的染料敏化太阳能电池(DSSCs)以及无机半导体敏化太阳能电池中,通常采用TiO2纳米颗粒作为光阳极,研究表明通过对TiO2纳米颗粒光阳极进行修饰改性,对于提高电池效率有明显的促进作用。本文在DSSC与无机半导体cu2znsns4(CZTS)敏化太阳能电池制备工艺探索的基础上,利用不同的手段对TiO2纳米颗粒光阳极进行修饰,并对光阳极修饰后的电池进行了性能研究。本文首先以TiO2纳米颗粒作为光阳极,优化制备了DSSC,通过TiO2纳米线、TiO2空心球以及GO(氧化石墨烯)修饰光阳极,系统考察了不同修饰手段对DSSC光电性能的影响。研究表明,上述几种方式修饰光阳极都使电池效率得到提升,且GO修饰后的DSSC获得了最高的光电转换效率。其次,以CZTS作为敏化剂代替DSSC中的染料分子,通过自组装的方式构建了CZTS敏化太阳能电池,研究了不同分子巯基丙酸(MPA)、水合肼还原氧化石墨烯(HrGO)以及巯基化石墨烯(TrGO)修饰TiO2光阳极对CZTS敏化太阳能电池光电性能的影响。结果表明,TrGO修饰光阳极对于提高电池性能有重要的作用:TrGO一方面利用其巯基官能团吸附CZTS,产生更多的光生电子,同时利用结构本身的π环为电子提供快速的传输通道,降低了电子的复合几率,因此获得了最高的光电性能。最后,采用TiO2-TrGO作为基底,通过原位生长的方式制备了TiO2-TrGO-CZTS复合结构,研究了不同溶剂、硫源以及反应时间对复合结构的影响。结果表明:TrGO的存在能够为CZTS的生长提供有利的形核位点,CZTS纳米颗粒的尺寸明显减小并且分布量更高。原位生长过程中溶剂的表面张力对于CZTS的生长情况影响不同,最低表面张力的乙醇体系时获得的CZTS量最多,DMF其次,水最少,并且水作为溶剂时会产生cuS杂相。选用硫粉作为硫源时,产物中容易得到SnS杂相。溶剂热反应时间过短时,复合结构中也容易出现cuS杂相,延长反应时间利于得到纯净的TiO2-TrGO-CZTS复合结构,反应时间为24 h的情况下,复合结构以及电池的光电性能最高,反应时间延长到48 h,TiO2-TrGO-CZTS薄膜开始从FTO基体表面脱落,性能反而有所下降。

关键词： TiO2纳米颗粒染料敏化太阳能电池 cu2znsns4 巯基化石墨烯自组装原位生长光电性能

铜锌锡硫薄膜与硫化镉薄膜的绿色化学法制备及其光伏器件性能的研究

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铜锌锡硫薄膜与硫化镉薄膜的绿色化学法制备及其光伏器件性能的研...

作者：袁晓杰华南理工大学

学位级别：硕士

cuznsns(CZTS)是直接带隙半导体材料,其光吸收系数(>104 cm-1)较高,禁带宽度(约为1.50 eV)与太阳光谱相匹配,组分元素储量丰富且无毒,被认为是一种应用前景最广阔的太阳能电池吸收层材料之一。目前,研究者们对CZTS太阳能电池的研究主要... 详细信息

cuznsns(CZTS)是直接带隙半导体材料,其光吸收系数(>104 cm-1)较高,禁带宽度(约为1.50 eV)与太阳光谱相匹配,组分元素储量丰富且无毒,被认为是一种应用前景最广阔的太阳能电池吸收层材料之一。目前,研究者们对CZTS太阳能电池的研究主要致力于吸收层和缓冲层的低成本、低能耗制备方法。真空工艺对设备要求高,工艺复杂且成本优势不明显,而非真空法对设备要求更低,容易批量化生产。其中,溶液法作为一种成本较低的非真空工艺,已经逐渐被应用到众多半导体薄膜的工业化制备中。而在CZTS太阳能电池的制备中,基于溶液法发展而来的联氨法和化学水浴沉积法,已经分别在CZTS吸收层和硫化镉(CdS)缓冲层的制备上取得了很大的进展。然而,前者使用的联氨溶剂毒性较大,后者的后续处理费用高昂。因此,寻找其他更为环保的化学法制备CZTS吸收层和CdS缓冲层,对CZTS基太阳能电池器件的工业化均有重要意义。本论文探讨了用旋涂法制备CZTS微米薄膜及其工艺条件对电池性能的影响;研究了以光化学沉积法制备CdS纳米薄膜时,制备条件对薄膜形貌的影响及薄膜生长机理;以光化学沉积法在与CZTS吸收层相似的CIGS吸收层上制备CdS缓冲层,探讨了分别以光化学沉积法(PCD)与化学水浴沉积法(CBD)制备CdS缓冲层时,CIGS太阳能电池性能差异,主要工作如下:(1)锌黄锡矿CZTS微米薄膜的溶液旋涂法制备及其工艺优化与电池性能测试。以金属硫族化合物和低毒的乙二硫醇-乙二胺混合液(EDT-EN)配制前驱液,考察了前驱液EDT/EN体积比、前驱膜热处理温度、薄膜硒化条件、以及前驱液加硒量对薄膜物相、形貌和电学与器件性能的影响,结果表明:EDT与EN体积比为1:4时,旋涂液具有优秀旋涂性能;前驱膜最佳热处理温度为300 oC;薄膜电阻随硒化加硒量的增加先增大后减小;硒化后薄膜的晶粒大小、电阻和器件效率随着前驱液加硒量的增加而增大,且在前驱液加硒量为3 mmol时,电池的效率达到1.96%。(2)CdS纳米薄膜的PCD法制备及其工艺优化与薄膜生长机理研究。研究了PCD法制备的CdS薄膜物相与光学性质,及其沉积过程中,生长位点数量、沉积时间、光照强度和沉积液的pH值、镉离子(Cd2+)浓度、硫代硫酸根离子(S2O32-)浓度对CdS薄膜形貌与薄膜元素组成的影响,根据各种影响讨论了薄膜的生长机理,结果表明:PCD法制备的CdS薄膜为六方晶形,晶体生长过程中混入少量S2O32-离子杂质,薄膜生长遵循离子-离子生长机制;ITO表面基底吸附的Cd2+的数量直接影响CdS在基底表面生长的致密性;基底附近带电硫颗粒的浓度直接影响CdS颗粒生长的速率;CdS纳米薄膜的最佳制备条件为:沉积液Cd2+与S2O32-的浓度分别为2 m M和100 mM,pH为3.50,光照强度为1 mW/cm2,沉积时间为60 min到65 min。(3)PCD法制备CIGS太阳能电池的CdS缓冲层的工艺优化,及PCD法与CBD法制备CdS缓冲层的CIGS电池性能差异研究。探讨了不同沉积液pH对CIGS上CdS薄膜沉积形貌及相应电池性能的影响,并以最佳PCD工艺条件制备的CdS薄膜与CBD法进行比较,结果表明:CdS薄膜覆盖率与附着生长颗粒数量随着沉积液pH上升而减小和减少,且相应制备出的CIGS电池效率也随之下降;PCD法制备CdS缓冲层得到的CIGS电池效率稍低于CBD法,原因在于PCD法制备CdS缓冲层均匀性与附着性较差,增加了CdS与CIGS界面处的载流子复合位点。

关键词： cu2znsns4 CdS 溶液旋涂法光化学沉积法薄膜太阳能电池

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铜锌锡硫薄膜太阳能电池中的表界面研究

铜锌锡硫薄膜太阳能电池中的表界面研究

作者：贾展菊昆明理工大学

学位级别：硕士

随着全球经济的快速发展,能源供应紧缺逐渐成为当代人类社会发展所要面临的最为紧迫的问题之一。其中,可再生能源中的太阳能是解决能源供应紧缺的一种有效方式,最有前景的太阳能利用形式是具有光电转换作用的太阳能电池,其中,铜锌锡硫(C... 详细信息

随着全球经济的快速发展,能源供应紧缺逐渐成为当代人类社会发展所要面临的最为紧迫的问题之一。其中,可再生能源中的太阳能是解决能源供应紧缺的一种有效方式,最有前景的太阳能利用形式是具有光电转换作用的太阳能电池,其中,铜锌锡硫(cuznsns,CZTS)作为新型的太阳能电池,因其中的元素含量丰富、无毒,且具有合适的带隙和较高的吸收系数使它成为了目前最具有商业发展前景的薄膜太阳能电池之一。除了CZTS的材料基本性质、合成制备条件等影响太阳电池性能的重要因素之处,还有另外一个方面值得关注:表面与界面相关的微观结构和特性也是决定CZTS薄膜太阳电池光伏性能的一个关键因素。CZTS薄膜太阳电池中的表界面主要来源于以下三个方面:1)CZTS薄膜太阳电池属于多晶颗粒组成的薄膜太阳电池,晶粒之间存在界面(即晶界);2)CZTS薄膜太阳电池是由多层不同功能的材料组成,不同的材料之间的界面是必然的组成部分;3)由于CZTS属于复杂的四元化合物半导体,在制备过程中很容易在体内形成二元或三元杂相,这些杂相与基质之间存在界面。目前CZTS薄膜太阳电池效率的进一步提高受限于各种半导体材料之间的界面结构和特性。建立关于CZTS表面与界面的模型,研究表面与界面缺陷的产生机理和异质界面控制的途径以及对于异质界面的更清晰的理解,将有助于在已有的参数空间中寻找最优的条件从而减少表面与界面复合并提高CZTS材料的稳定性。为此,本文采用第一性原理计算方法,针对上述三种表界面问题进行详细的研究分析。主要研究内容与结果如下:(1)CZTS的低指数表面研究:通过分析CZTS的(112)、(100)、(110)、(001)和(101)表面的微观结构和电子性能,了解了表面对CZTS性能研究的重要性。计算结果表明:以铜原子为终止面的(001)、(100)、(101)和(112)表面的弛豫比较大,较大的表面弛豫会产生较大的表面附加偶极矩。再者,由于表面四种悬挂键的存在,导带底和价带顶出现了较多的表面态。也就是说,表面弛豫对不同低指数表面的带隙影响在0.37 eV之内变化。(112)面的悬挂键密度最小,导致了最小的表面能。(101)面占据的CZTS晶体面积最大,值为72.6%。(2)CZTS同质异相中的界面研究:分析了相变发生的可能性与特点,进而理清了同质异相结对太阳能电池的影响。计算研究结果表明:KS和ST的相转变压力为31 GPa左右,最有可能沿着[110]方向发生。(101)、(110)和(100)异相结属于Ⅱ型界面,这对光电转换是有利的。然而(112)和(001)异相结属于Ⅰ型界面,这对太阳能电池是不利的,因此(112)和(001)方向的同质异相结应该尽可能的避免在实验中产生。(3)ZnOS固溶体缓冲层与CZTS的界面研究:通过分析ZnOS固溶体的性质,进而根据缓冲层条件选择了合适的固溶体,理清了CZTS与缓冲层的界面性质对太阳能电池的影响。计算结果表明:对于ZnOS固溶体而言,发现晶格常数在ZnO和ZnS之间线性插值,固溶体的带隙随着固溶度的增加呈抛物线状变化。CZTS/ZnOS异质界面类型属于Ⅱ型异质界面,这对CZTS基薄膜太阳能电池是有利的。ZnOS固溶体是可以作为CZTS薄膜太阳能电池器件的缓冲层的。(4)第二相cuS、ZnS与CZTS的界面研究:通过分析第二相与CZTS构成的界面电子性质,理清了第二相对太阳能电池的影响。计算结果表明:CZTS/cuS异质结属于Ⅱ型异质界面,对CZTS太阳能电池的光伏性能是有利的,就算实验制备中出现了cuS第二相,也是不会对电池性能造成不利影响的。CZTS/ZnS界面属于Ⅰ型异质界面,这对太阳能电池的性能是不利的,因此在实验中,应该尽量避免ZnS第二相的产生。本文采用第一性原理计算方法研究CZTS薄膜太阳电池中的表面与界面问题,对CZTS薄膜太阳电池中的表面与界面问题的关键因素(微观结构、表面与界面电子态、能带弯曲、对载流子传输的影响等)进行详细的研究,总结表界面和调控增强光伏性能的微观影响因素和内在作用规律,为探寻构建高效、低成本、稳定太阳电池提供有效的基础数据。

关键词：太阳能电池 cu2znsns4 表面与界面第一性原理计算

应用于ZnO基染料敏化太阳能电池的催化材料的合成及表征

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应用于ZnO基染料敏化太阳能电池的催化材料的合成及表征

作者：张春阳新疆大学

学位级别：硕士

具有原料来源丰富,无污染,制作成本较低,工艺简单,能量转化效率高等诸多优点的染料敏化太阳能电池(DSSC)结构主要由光阳极,染料,电解质,对电极四部分组成。其中,半导体材料TiO和ZnO常被用作光阳极材料,贵金属Pt常被用作对电极催化材料... 详细信息

具有原料来源丰富,无污染,制作成本较低,工艺简单,能量转化效率高等诸多优点的染料敏化太阳能电池(DSSC)结构主要由光阳极,染料,电解质,对电极四部分组成。其中,半导体材料TiO和ZnO常被用作光阳极材料,贵金属Pt常被用作对电极催化材料。首先,Zn O作为非常重要的光阳极材料,不仅具有TiO相似的禁带宽度,同时还具有形貌丰富,合成条件简单等优点,但是ZnO基染敏电池光电转化效率目前尚不如人意。Zn O的形貌与其性能有着直接的关系,不同结构ZnO显示出不同特性,如颗粒较小的纳米颗粒(NPs)具有相对较大的比表面积;纳米棒(NRs)和纳米片(NSs)具有相对优良的电子传输性能;微米级的多级结构一般具有相对优良的光散射性能,其中纳米片基多级结构(NSHS)在光散射方面性能优良。本文根据ZnO各种结构的不同特点,制备了性能稳定的纳米颗粒/纳米球/纳米棒(NP/NSHS/NR)复合多级结构光阳极膜,在多级结构光阳极中,纳米片基多级结构(NSHS)作为背光层,纳米颗粒(NPs)作为基底层,纳米棒(NRs)和纳米颗粒(NPs)起到连接NSHS层与FTO导电玻璃之间的作用。该复合光阳极具有相对优良的电子传输能力,并且可以降低在导电界面处的激发电子复合。其次,由于染料敏化太阳能电池电解液中的碘离子对贵金属Pt具有腐蚀作用,影响电池性能稳定,因此非常有必要研究催化性能稳定的其他催化材料代替贵金属Pt,开发低成本、高效、储量丰富、耐腐蚀的催化材料。本文利用简单的溶胶-凝胶法,成功制备出还原性黑色TiO,并将其作为对电极材料用于ZnO基DSSCs,表现出稳定的催化性能。继而针对黑色TiO电子传输性能差的缺点,利用电子传输性能优异的碳纳米管(CNT)与之复合,使电极材料性能显著提高,并表现出很高的催化性能,电池效率可达5.71%,接近Pt对电极对应电池效率。最后,本文还系统研究了cuXSnS(X=Mn,Fe,Co,Ni,Zn,Cd)系列半导体材料的染料敏化太阳能电池对电极性能。首先利用简单的溶剂热法合成了不同形貌的cu2znsns4纳米材料作为对电极材料用于DSSC,系统探究了材料形貌与其催化性能之间的关系。之后,利用相似的方法,通过改变前躯体中离子的种类,合成了一系列与cu2znsns4结构相似的催化材料cuXSnS(X=Mn,Fe,Co,Ni,Zn,Cd),并用于DSSC,系统研究了材料的元素组成与其催化性能之间的关系,值得一提的是,本文首次将cuXSnS(X=Ni,Mn)用于DSSC的对电极材料,并表现出了较高的催化活性。本文在制备的ZnO基光阳极的基础上,合成了一系列低成本的催化材料用作染敏电池对电极材料,丰富了对电极催化材料的取材范围。

关键词：染料敏化太阳能电池 ZnO cu2znsns4 催化材料

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四元硫属化合物薄膜的制备及其光电性能研究

四元硫属化合物薄膜的制备及其光电性能研究

作者：袁胜杰河南大学

学位级别：硕士

cu(In,Ga)Se2（CIGS）材料具有效率高，性能稳定等优点，是薄膜光伏材料的重要组成部分。但是In和Ga是稀有金属，限制了CIGS电池的大规模应用。由CIGS发展出来的四元硫属半导体化合物cu2znsns4（CZTS）和cu2znsnse4（CZTSe）具有组成元... 详细信息

cu(In,Ga)Se2（CIGS）材料具有效率高，性能稳定等优点，是薄膜光伏材料的重要组成部分。但是In和Ga是稀有金属，限制了CIGS电池的大规模应用。由CIGS发展出来的四元硫属半导体化合物cu2znsns4（CZTS）和cu2znsnse4（CZTSe）具有组成元素丰富、环境友好，禁带宽度与单阶太阳能电池的禁带宽度相接近，吸收系数高(>104cm-1)等优点，是理想的太阳能电池材料。目前在制备CZTS和CZTSe时利用物理法可以制备出相对致密的薄膜，但是制备成本高，制备时需要用到高真空等苛刻条件。利用化学方法可以大幅降低成本，元素比例可控，但是也存在着要使用到有毒溶剂，需要去除长链有机配体等缺点。所以我们尝试使用低毒、短链溶剂，采用一种简单高效同时对环境友好的原位合成方法来制备CZTS和CZTSe。最后再根据制备出的CZTS薄膜和CZTSe薄膜的特点分别将其应用到薄膜电池和染料敏化电池中。本论文的主要工作包括以下几个部分：１．我们利用短链的丁胺和乙醇作为溶剂配制CZTS前驱体溶液。然后通过旋转涂膜我们可以制备厚度可控的纯相CZTS薄膜，在旋转涂膜七层之后CZTS薄膜的厚度即可达到1.5μm。CZTS在进行硒化处理后会有部分的S元素被Se元素取代，从而引起XRD衍射峰的偏移和拉曼峰的改变。通过研究控制退火温度对薄膜结晶性的影响，发现高温有利于提高结晶性。延长反应时间，硒化程度加深，会进一步改善薄膜的结晶。在550℃下硒化30分钟后我们制备出了由大的结晶颗粒组成的CZTS薄膜。通过对硒化时间的控制还可以有效调节CZTS薄膜的禁带宽度。２．我们尝试用纯相的CZTS薄膜进行了具有glass/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/Al结构的太阳能电池器件的组装。对电池的缓冲层和窗口层分别进行了简单研究。最终我们组装完成了有效面积为0.39cm2的电池，并进行了性能测试。测试结果表明电池效率较低，并对效率不高的原因进行了分析。３．我们进一步简化合成方法，只使用二甲基亚砜一种溶剂来制备CZTSe前驱体溶液。根据溶剂粘结性不好的特点，在制备薄膜时采用滴涂的方法。结果表明CZTSe薄膜具有疏松多孔结构，具有较大的比表面积，适于作为染料敏化电池的对电极使用。４．我们通过控制前驱体溶液的浓度原位合成并制备了厚度不同的CZTSe薄膜，并将其作为对电极应用在染料敏化电池上面。当厚度为1.2μm的CZTSe薄膜作为对电极组装的染料敏化电池的最高效率为7.82%，可以与传统的Pt相媲美。随着CZTSe薄膜厚度的增加电池的=-电流密度显著地降低，填充因子则显著的增加。表明通过对CZTSe薄膜厚度的调节可以有效调节电池的填充因子和电流密度。

关键词： cu2znsns4 cu2znsnse4 原位合成法薄膜太阳能电池染料敏化电池

铜锌锡硫太阳能电池吸收层及无镉缓冲层材料的研制

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铜锌锡硫太阳能电池吸收层及无镉缓冲层材料的研制

作者：单锐湘潭大学

学位级别：硕士

光伏发电一直以来都被认为是在长期的能源战略中具有重要地位的。太阳能具有可再生、转换过程无污染,应用场景丰富等优点。铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳能电池因为具有储量丰富,无毒性,吸收系数大于10cm,带隙接近太阳能电池理想禁带宽度等优... 详细信息

光伏发电一直以来都被认为是在长期的能源战略中具有重要地位的。太阳能具有可再生、转换过程无污染,应用场景丰富等优点。铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳能电池因为具有储量丰富,无毒性,吸收系数大于10cm,带隙接近太阳能电池理想禁带宽度等优势而被认为是一种替代铜铟镓硒(CIGS)的理想半导体材料。电沉积是实现CZTS大规模生产最有前景的方法之一。在共沉积法中,由于铜、锌和锡各元素的标准还原电位差异很大,很难精确控制CZTS组分。通过分步沉积法控制各沉积参数控制薄膜组分,从而可以获得纯相的CZTS薄膜。铜基太阳能电池中的吸收层和透明导电氧化物层之间采用缓冲层,以提供合适的能带匹配,从而可以更好地分离光生载流子。目前制备无镉缓冲层是太阳能电池规模化生产的潜在需求。ZnS被认为是替代CdS最佳候选缓冲层材料。ZnS是直接带隙的宽禁带半导体,其禁带宽度约为3.6eV,化学性质稳定,资源丰富,价格便宜。在铜基CIGS,CZTS等太阳能电池中,异质结界面的尖峰高度和位置对界面光生电子的输运影响很大,通过硒化ZnS可以有效的降低其导带底,增加电子亲和势,从而降低界面处导带尖峰,有利于光生电子的收集。此外通过过渡金属掺杂ZnS可以提高其载流子浓度,从而拓宽P型吸收层中耗尽层宽度,有利于P区光生电子的收集。本论文通过在乙醇溶液中沉积前驱体再退火的方法,制备了CZTS吸收层及Cr掺杂ZnS(Se)缓冲层材料,并研究了沉积参数,退火温度和时间等对薄膜的物相、晶体结构、表面形貌、光电性能等的影响,总结如下:1、在乙醇溶液中,采用三电极电沉积制备cu/Sn-Zn/Sn前驱体后高温硫化的方式实现CZTS薄膜材料的制备。CZTS薄膜材料在制备时主要包括沉积与硫化过程。研究了沉积过程中Zn离子浓度对CZTS材料生长的影响,退火过程中硫化温度及时间对制备的影响。随着Zn离子浓度的增加,杂质逐渐消失,样品的结晶度提高。随着硫化温度的提高,样品的形貌颗粒增大,光响应电流增大,最高达到了35μA/cm。用SCAPS进行模拟,得到9.02%的转换效率。2、在乙醇溶液中,采用三电极电沉积制备Zn/Cr前驱体,高温硫化退火得到了Cr掺杂ZnS薄膜,再硒化退火制备出了Cr掺杂ZnSSe薄膜材料。对Cr掺杂ZnS、ZnSSe进行了结构表征与光电性能检测。掺杂样品各组分比例合理,Cr掺杂ZnSSe的紫外可见吸收光谱较纯相ZnS发生了红移,禁带宽度减小,载流子浓度增加。

关键词：电沉积 cu2znsns4 无镉缓冲层乙醇溶剂 ZnS

cu-Zn-Sn硫族化物薄膜吸收层的共溅射制备工艺及性能研究

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Cu-Zn-Sn硫族化物薄膜吸收层的共溅射制备工艺及性能研究

作者：刘倩内蒙古大学

学位级别：硕士

当前cu-Zn-Sn-硫族化物薄膜太阳能电池因其突出的优点(直接带隙约1.45-1.51eV、光吸收系数高约104cm-1、无毒、矿源丰富、价格便宜和环境友好),近年来成为可再生能源领域研究的热点。本文以cu-Zn-Sn-硫族化物为研究对象,采用磁控共溅射... 详细信息

当前cu-Zn-Sn-硫族化物薄膜太阳能电池因其突出的优点(直接带隙约1.45-1.51eV、光吸收系数高约104cm-1、无毒、矿源丰富、价格便宜和环境友好),近年来成为可再生能源领域研究的热点。本文以cu-Zn-Sn-硫族化物为研究对象,采用磁控共溅射法制备了cu2znsns4 (CZTS)薄膜材料,并利用高温硒化工艺制备了cu2ZnSn(SSe)4 (CZTSSe)薄膜吸收层材料,评估了它们作为薄膜太阳电池吸收层的光电性能。首先,利用共溅射法制备cu-Zn-Sn-S预制层,并高温退火制备cu2znsns4 (CZTS)薄膜。研究制备工艺条件对薄膜性能的影响。结果表明,样品光学带隙随退火温度升高而减小,且随着退火温度升高,衍射峰强度逐渐增加,薄膜沿(112)方向择优生长。ZnS、SnS、cu2S靶材溅射功率分别为60、15、20W,退火温度为540℃,溅射时间20min,使用上述工艺可制得贫铜富锌结构CZTS吸收层,薄膜成相较好,可见光范围内的吸收系数大于104cm-1,颗粒均匀致密,光学带隙为1.5eV。为进一步优化CZTS薄膜的性能,用固体Se粉作为硒源,采用高温硒化cu-Zn-Sn-S预制层,制得贫铜富锌结构的cu2ZnSn(S, Se)4薄膜。研究了高温硒化工艺条件对CZTSSe薄膜性能的影响。结果表明,硒化后CZTSSe薄膜的光学带隙与CZTS薄膜相比较小,表面均匀性好且更加致密。并且随着硒化工艺中硒粉量的增加,光学带隙逐渐减小,当硒粉量分别为0.002、0.004、0.006和0.008g时,对应的光学带隙分别为1.20、1.18、1.16和1.13eV。并且薄膜在紫外可见光范围内有较好的光吸收性能,吸收系数都达到5*104cm-1以上。

关键词：太阳能电池共溅射法 cu2znsns4 cu2ZnSn(S,Se)4

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锌锡黄矿化合物薄膜太阳电池的研究进展

微纳电子技术 2013年第5期50卷 276-280,305页

作者：隋美蓉巩萍顾修全徐州医学院医学影像学院江苏徐州221004 中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州221116

介绍了第三代太阳电池的关键工艺技术——锌锡黄矿化合物cu2znsns4薄膜的制备技术,回顾了近些年来国内外cu2znsns4薄膜电池的发展历程与研究现状,讨论了该薄膜在应用过程中面临的挑战与需要解决的关键技术问题。其中,重点介绍了制备cu2Z... 详细信息

介绍了第三代太阳电池的关键工艺技术——锌锡黄矿化合物cu2znsns4薄膜的制备技术,回顾了近些年来国内外cu2znsns4薄膜电池的发展历程与研究现状,讨论了该薄膜在应用过程中面临的挑战与需要解决的关键技术问题。其中,重点介绍了制备cu2znsns4薄膜的几种常用方法,包括真空沉积法、溶液法和电沉积法等,分析它们各自的优缺点。最后,简单展望了cu2znsns4薄膜电池的发展趋势与前景,并指出发展过程中存在的问题,例如结晶质量不高、杂相/缺陷的大量存在以及含Cd缓冲层、Mo基底的使用等。

关键词：薄膜 cu2znsns4 太阳电池喷墨工艺溶液法

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混合溶剂热法合成铜锌锡硫光电材料

混合溶剂热法合成铜锌锡硫光电材料

作者：黄帅长春理工大学

学位级别：硕士

在薄膜太阳能电池中,铜锌锡硫被认为是一种很有发展潜能的吸收层材料。首先,本文采用氯化铜、氯化锌、四氯化锡以及硫脲,将水热法、溶剂热法与混合溶剂热法制备的产物进行了对比。其次,进一步研究混合溶剂热法时,溶剂的体积比、金属离... 详细信息

在薄膜太阳能电池中,铜锌锡硫被认为是一种很有发展潜能的吸收层材料。首先,本文采用氯化铜、氯化锌、四氯化锡以及硫脲,将水热法、溶剂热法与混合溶剂热法制备的产物进行了对比。其次,进一步研究混合溶剂热法时,溶剂的体积比、金属离子摩尔比、合成温度和时间对产物晶相和形貌的影响。结果表明,当原料中cu:Zn:Sn的摩尔比为2:2:1、乙二醇与水的体积比为1:1、合成温度及反应时间分别为230℃和24 h时,所得到的产品是锌黄锡矿型结构的cu2znsns4,其分散性很好,禁带宽度为1.5 ev左右,适合用于铜锌锡硫薄膜太阳能电池的吸收层。

关键词： cu2znsns4 薄膜太阳能电池混合溶剂热法