铜锌锡硫硒薄膜低毒溶液法的制备与稀土掺杂对其性能的影响

发布时间：2022-08-09 16:45

　　铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳能电池,因制备CZTSSe原材料丰富、低毒、制备过程简单且材料带隙可调、吸光系数高(大于10~4 cm^-1)和光电转换效率理论值较高等优点,成为太阳能电池吸收层的最佳候选材料,也成为未来最具发展前景的薄膜太阳能电池之一。本论文采用溶液法中的金属盐硫脲法,将低毒的乙二醇甲醚和硫代乙醇酸（TGA）作为溶剂,利用巯基乙酸的酸性及硫脲在酸性环境中的还原性,抑制配制溶液中阳离子被氧化制备前驱体溶液,并将溶液旋涂成膜,探究不同退火工艺对CZTSSe薄膜性能的影响;并制备稀土元素铈、镧掺杂的CZTSSe薄膜,探究稀土元素掺杂对CZTSSe薄膜的影响。主要内容如下:1.采用低毒溶液法制备了CZTSSe薄膜,通过对薄膜的物相结构、形貌特征、元素含量、元素化合价态、元素分布及光电性能等方面的表征,探究了退火工艺条件（包括低温退火温度、硒化退火温度及时间）对CZTSSe薄膜性能的影响。结果表明,在低温退火温度为320℃,硒化退火温度为540℃,硒化退火时间为10 min的条件下制备出的CZTSSe薄膜具有较好的性能,即CZTSSe具有贫铜富锌的成分（Z... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 太阳能电池简介
        1.2.1 光生伏打效应
        1.2.2 太阳能电池的种类及研究进展
    1.3 铜锌锡硫硒(CZTSSe)太阳能电池
        1.3.1 CZTSSe薄膜太阳能电池概述
        1.3.2 CZTSSe薄膜太阳能电池的发展
        1.3.3 CZTSSe薄膜太阳能电池的制备方法
    1.4 本论文选题依据与研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验所需材料、仪器
    2.2 CZTSSe薄膜的制备
        2.2.1 前期准备工作
        2.2.2 配制CZTS前驱体溶液
        2.2.3 制备CZTSSe薄膜
    2.3 CZTSSe太阳能电池的制备
        2.3.1 背电极钼(Mo)层的制备
        2.3.2 缓冲层硫化镉(CdS)的制备
        2.3.3 窗口层的制备
        2.3.4 顶电极的制备
    2.4 掺杂稀土铈、镧的CZTSSe薄膜的制备
        2.4.1 掺Ce、La的 CZTS前驱体溶液制备过程
        2.4.2 掺杂Ce、La的 CZTSSe薄膜制备过程
    2.5 CZTSSe薄膜及电池的表征手段
        2.5.1 CZTSSe薄膜的物相结构表征
        2.5.2 CZTSSe薄膜的形貌结构及元素相关表征
        2.5.3 CZTSSe薄膜的光学性能表征
        2.5.4 CZTSSe薄膜太阳能电池的表征
第三章 退火工艺对CZTSSe薄膜性能的影响
    3.1 引言
    3.2 退火工艺对CZTSSe薄膜性能的影响
        3.2.1 低温退火温度对CZTSSe薄膜性能的影响
        3.2.2 硒化退火温度对CZTSSe薄膜的影响
        3.2.3 硒化退火时间对CZTSSe薄膜的影响
        3.2.4 CZTSSe薄膜太阳能电池器件
    3.3 本章小结
第四章 稀土元素铈、镧掺杂对CZTSSe薄膜性能的影响
    4.1 引言
    4.2 稀土元素Ce掺杂对CZTSSe薄膜性能的影响
        4.2.1 Ce掺杂CZTSSe薄膜的物相结构分析
        4.2.2 Ce掺杂CZTSSe薄膜的形貌结构分析
        4.2.3 Ce掺杂CZTSSe薄膜的元素相关分析
        4.2.4 Ce掺杂的CZTSSe薄膜的光学性能分析
        4.2.5 Ce掺杂的CZTSSe薄膜的电学性能分析
    4.3 稀土元素La掺杂对CZTSSe薄膜性能的影响
        4.3.1 La掺杂CZTSSe薄膜的形貌结构分析
        4.3.2 La掺杂CZTSSe薄膜的物相结构分析
        4.3.3 La掺杂CZTSSe薄膜的元素相关分析
        4.3.4 La掺杂的CZTSSe薄膜的电学性能分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池的研究现状与进展[J]. 梁启超,乔芬,杨健,姜言森,徐谦,王谦.  中国材料进展. 2019(05)
[2]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹.  硅酸盐学报. 2017(11)
[3]Cu2ZnSn（S,Se）4薄膜太阳能电池的研究进展[J]. 王艳玲,郭洪玲,王刚,李岳姝,王艳梅.  电子元件与材料. 2017(06)
[4]太阳能发展“十三五”规划[J].   太阳能. 2016(12)
[5]CZTSSe薄膜的直接溶液涂膜制备方法研究进展[J]. 李嘉辉,姚若河,熊超,刘玉荣.  功能材料. 2016(06)
[6]稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的研究进展[J]. 许晓玉,王蒙,林琳,赵斌,何丹农.  材料导报. 2015(01)
[7]Er3+注入CdTe薄膜的结构和光电性能研究[J]. 侯娟,郑毓峰,董有忠,匡代洪,孙言飞,李强.  物理学报. 2006(12)
[8]共溅射CdTe掺Nd薄膜的结构和电导性能[J]. 郑毓峰,陈树义,李锦,简基康,李冬来,马忠权,常爱民.  新疆大学学报(自然科学版). 2002(01)
[9]钙钛矿型LaMnO3-δ及La1-xSrxMnO3-δ纳米粒子的XPS表征[J]. 崔秀兰,杨桔材,刘源,何王非,秦永宁.  稀土. 2000(03)
[10]Ce（Ⅳ）和Ce（Ⅲ）化合物系列的X射线光电子能谱研究[J]. 赵良仲.  物理学报. 1989(06)

博士论文
[1]铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池吸收层的制备及其性能调控[D]. 吕笑公.内蒙古大学 2019

硕士论文
[1]稀土及其相关上转换材料对铜锌锡硫硒太阳能电池性能影响的研究[D]. 刘地.吉林大学 2019



本文编号：3672917