基于硫醇有机胺体系CZTSSe薄膜吸收层的制备及其光电性能研究
锌黄锡矿结构的CZTSSe半导体材料凭借组成元素在地壳中含量丰富且低毒环保、具备可调的光学带隙(1.0~1.5eV)、较高的光吸收系数(>104cm-1)等优点，备受国内外研究者的关注。目前CZTSSe薄膜太阳能电池认证的最高效率12.6%是基于无水肼溶液法制备的，而由于肼是剧毒物质，不仅对人体有害而且对环境也不利，因此发展绿色溶剂的制备方法具有很好的现实意义。本文中选择了低毒、相对环保的硫醇-有机胺溶液体系来制备CZTSSe薄膜吸收层。主要探索了CZTSSe薄膜制备硒化工艺的最佳条件以及稀土元素La掺杂对CZTSSe薄膜吸收层的光电性能的影响。详细的内容如下： 1.利用乙醇胺、巯基乙酸、乙二醇甲醚的混合溶剂来溶解CuO、ZnCl2、SnCl2配置出CZTS前驱体溶液，通过旋涂、低温烧结7次循环获得CZTS预置薄膜，进一步高温硒化得到CZTSSe薄膜吸收层。实验结论如下：在硒化温度为540℃、硒化时间为10min的条件下所制备的薄膜无杂相、晶化程度最好，薄膜表面晶粒最致密均匀，且薄膜的光学带隙值接近于1.2eV。通过在CZTS前驱体溶液中引入硒源Se单质来促进薄膜的小颗粒层晶粒的生长，制备了五组在CZTS前驱体溶液中溶于不同量的Se单质所形成的CZTSSe薄膜。经过测试五组薄膜样品的XRD，发现薄膜沿着（112）晶向的衍射峰随着Se添加量的增加有一个向小角度的偏移，即说明Se有效的进入了晶格之中。经过SEM的表征分析，通过此方法在薄膜中引入Se确实可以促进晶粒的生长，使得薄膜晶粒大小更加均匀，同时对小颗粒层的晶粒也起到了促进生长的作用。 2.对于稀土元素La掺杂所制备的CZTSSe吸收层薄膜，经过XRD、Raman的表征分析，当La元素的掺杂量为0.10mmol时所制备的薄膜无杂相且衍射峰的峰强最尖锐，其晶化程度最佳；掺杂之后的薄膜光学带隙有一个0.1~0.2eV的展宽；经过薄膜的I-V测试发现，掺入稀土元素La所制备的薄膜相较于未掺杂的其导电性能均有一个很好的提升，而且掺杂量也为0.10mmol时，I-V曲线测试表明其电导率最大。
半导体薄膜;铜锌锡硫化合物;硫醇有机胺体系;制备工艺;光电性能;薄膜太阳能电池
内蒙古大学
硕士
物理电子学
朱成军
2019
中文
TN304.2;TN304.055
2019-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）