周期性前驱体对CZTS薄膜特性影响的研究
发布时间：2021-08-14 08:15
四元化合物铜锌锡硫（Cu2ZnSn S4,简称CZTS）近年来成为一种非常有望替代传统Cu（In,Ga）Se2的薄膜太阳能电池吸收层材料。CZTS薄膜的四种组成元素在自然界中储量丰富,成本低廉且不含有毒元素。它的禁带宽度为1.5e V,属于单结太阳能电池吸收层的理想带隙值。CZTS在可见光区的吸收系数高达到104cm-1。因此,CTZS是一种更具有前景的,可制备高效率太阳能电池,符合可持续发展的薄膜太阳能电池吸收层材料。本文采用溅射周期性金属叠层前驱体,再进行两步硫化处理的方法制备CZTS薄膜,周期性溅射前驱体在硫化反应中表现出范围更广进程更快特点。本文主要研究了周期性金属叠层前驱体的硫化机制,并研究金属溅射顺序、预退火条件、硫化过程中的工艺条件和前驱体掺杂对薄膜特性的影响。本文得到的主要研究结果如下:周期性金属叠层前驱体结构可促进CZTS的硫化反应生长。实验发现周期性的金属叠层前驱体在硫化过程后期金属硫化物的层间反应时,表现为多接触面的同时反应,使得反应的范围更广进程更快,单...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
黄锡矿和锌黄锡矿结构的CZTS薄膜结构示意图
乙醇、去离子水依次进行超声清洗 15 分钟，并用 N2吹至干是用离子轰击靶材表面，使得被轰击出的靶材原子在衬底表过程。最初采用溅射法的形式是直流二级溅射，后来为了使并减少基体因二次电子撞击而发热所引发的负面影响，所以发展起来。磁控溅射原理如图 2-2 所示，它是采用在靶材的用磁场约束带电粒子原理使得溅射率有所提升的。将真空室环境下，电子和带电离子在外电场作用下在电场中朝着衬底程中会碰撞 Ar 原子发生电离，又会产生大批的 Ar 离子和电朝衬底作加速运动，Ar 离子也受到电场作用加速并持续轰击量的原子溅射出来。受洛伦兹力的干扰，电子与中性的 A得大量 Ar 离子一直轰击靶材表面，如此反复之后，中性的沉积成膜[78-80]。
图 2-3 FJL560 型高真空磁控溅射镀膜设备Fig.2-3 FJL560 high vacuum magnetron sputtering equipment文采用的是 FJL560 型高真空磁控溅射镀膜设备来制备 CZT 金属前 Mo，仪器实物图如图 2-3 所示。镀膜系统主要是由真空溅射室、电源、温度控制系统、气体流量计和真空抽气系统（分子泵和机械泵）设有两个直流（DC）溅射靶位和一个射频（RF）溅射靶位，溅射为直径 60mm，厚度为 3mm。上方基片位置可同时放置 6 个衬底盘进个为温度控制衬底盘，可以实现同时沉积多组样品。 硫化过在硫蒸气气氛中硫化热处理 CZT 金属前驱体的方式制备 CZTS 文硫化热处理设备采用的是河南诺巴迪材料有限公司的 NBD-O120的石英管式炉（如图 2-4），可以根据实验需要自行设定热处理中全
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫化时间对固态硫化铜锌锡硫薄膜性能的影响[J]. 曹中明,杨元政,许佳雄,谢致薇. 材料工程. 2016(09)
[2]磁控溅射制备CZTS薄膜的研究[J]. 李志山,王书荣,蒋志,杨敏,刘涛,郝瑞亭. 硅酸盐通报. 2015(S1)
[3]金属成分对固态硫化CZTS薄膜性能的影响[J]. 曹中明,杨元政,许佳雄,谢致薇. 微纳电子技术. 2015(06)
[4]薄膜太阳电池的研究现状与发展趋势[J]. 赵颖,戴松元,孙云,冯良桓. 自然杂志. 2010(03)
[5]硅太阳能电池的应用研究与进展[J]. 黄庆举,林继平,魏长河,姚若河. 材料开发与应用. 2009(06)
[6]叠层太阳能电池研究进展和发展趋势[J]. 伍沛亮,王红林,陈砺. 科技导报. 2009(03)
[7]粉末法制备太阳能电池Cu2ZSnS4薄膜吸收层[J]. 杨永刚,王世成,倪沛然,果世驹. 粉末冶金材料科学与工程. 2008(01)
[8]脉冲激光沉积法制备无机发光薄膜的研究现状[J]. 刘维红,胡晓云,张锦,张德恺. 激光与光电子学进展. 2006(12)
博士论文
[1]电化学沉积法制备CdTe/CdS薄膜太阳能电池及性能研究[D]. 李倩.吉林大学 2014
硕士论文
[1]磁控溅射制备锡基化合物负极材料及其性能研究[D]. 任钦琪.复旦大学 2012
[2]氟化类金刚石薄膜附着性能的研究[D]. 杨亦赏.苏州大学 2012
[3]磁控溅射法制备Si掺杂ZnO薄膜及Al2O3包埋Si纳米晶薄膜[D]. 范科技.东北师范大学 2009
本文编号：3342113
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
黄锡矿和锌黄锡矿结构的CZTS薄膜结构示意图
乙醇、去离子水依次进行超声清洗 15 分钟，并用 N2吹至干是用离子轰击靶材表面，使得被轰击出的靶材原子在衬底表过程。最初采用溅射法的形式是直流二级溅射，后来为了使并减少基体因二次电子撞击而发热所引发的负面影响，所以发展起来。磁控溅射原理如图 2-2 所示，它是采用在靶材的用磁场约束带电粒子原理使得溅射率有所提升的。将真空室环境下，电子和带电离子在外电场作用下在电场中朝着衬底程中会碰撞 Ar 原子发生电离，又会产生大批的 Ar 离子和电朝衬底作加速运动，Ar 离子也受到电场作用加速并持续轰击量的原子溅射出来。受洛伦兹力的干扰，电子与中性的 A得大量 Ar 离子一直轰击靶材表面，如此反复之后，中性的沉积成膜[78-80]。
图 2-3 FJL560 型高真空磁控溅射镀膜设备Fig.2-3 FJL560 high vacuum magnetron sputtering equipment文采用的是 FJL560 型高真空磁控溅射镀膜设备来制备 CZT 金属前 Mo，仪器实物图如图 2-3 所示。镀膜系统主要是由真空溅射室、电源、温度控制系统、气体流量计和真空抽气系统（分子泵和机械泵）设有两个直流（DC）溅射靶位和一个射频（RF）溅射靶位，溅射为直径 60mm，厚度为 3mm。上方基片位置可同时放置 6 个衬底盘进个为温度控制衬底盘，可以实现同时沉积多组样品。 硫化过在硫蒸气气氛中硫化热处理 CZT 金属前驱体的方式制备 CZTS 文硫化热处理设备采用的是河南诺巴迪材料有限公司的 NBD-O120的石英管式炉（如图 2-4），可以根据实验需要自行设定热处理中全
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫化时间对固态硫化铜锌锡硫薄膜性能的影响[J]. 曹中明,杨元政,许佳雄,谢致薇. 材料工程. 2016(09)
[2]磁控溅射制备CZTS薄膜的研究[J]. 李志山,王书荣,蒋志,杨敏,刘涛,郝瑞亭. 硅酸盐通报. 2015(S1)
[3]金属成分对固态硫化CZTS薄膜性能的影响[J]. 曹中明,杨元政,许佳雄,谢致薇. 微纳电子技术. 2015(06)
[4]薄膜太阳电池的研究现状与发展趋势[J]. 赵颖,戴松元,孙云,冯良桓. 自然杂志. 2010(03)
[5]硅太阳能电池的应用研究与进展[J]. 黄庆举,林继平,魏长河,姚若河. 材料开发与应用. 2009(06)
[6]叠层太阳能电池研究进展和发展趋势[J]. 伍沛亮,王红林,陈砺. 科技导报. 2009(03)
[7]粉末法制备太阳能电池Cu2ZSnS4薄膜吸收层[J]. 杨永刚,王世成,倪沛然,果世驹. 粉末冶金材料科学与工程. 2008(01)
[8]脉冲激光沉积法制备无机发光薄膜的研究现状[J]. 刘维红,胡晓云,张锦,张德恺. 激光与光电子学进展. 2006(12)
博士论文
[1]电化学沉积法制备CdTe/CdS薄膜太阳能电池及性能研究[D]. 李倩.吉林大学 2014
硕士论文
[1]磁控溅射制备锡基化合物负极材料及其性能研究[D]. 任钦琪.复旦大学 2012
[2]氟化类金刚石薄膜附着性能的研究[D]. 杨亦赏.苏州大学 2012
[3]磁控溅射法制备Si掺杂ZnO薄膜及Al2O3包埋Si纳米晶薄膜[D]. 范科技.东北师范大学 2009
本文编号：3342113
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