ZnO中间层及Na掺杂对铜锌锡硫基薄膜太阳电池的影响研究
发布时间：2020-12-10 18:49
能源是工业发展乃至全球社会发展的必需品,而现在使用最多的化石能源一方面燃烧后对环境会产生很严重的污染,另一方面也面临枯竭的趋势。寻找可再生且无污染的清洁能源迫在眉睫。作为一种非常有发展前景的绿色能源,太阳能已经被广泛利用,成为人类最重要的能源来源之一。太阳能电池是太阳能直接转化为电能的核心器件,其中薄膜太阳能电池因其在原材料消耗与光电转化效率上的优势,在近些年来受到广泛关注。铜锌锡硫Cu2Zn Sn S4（CZTS）半导体化合物凭借其原材料蕴藏丰富、无毒无害并且具有合适的直接带隙（1.4-1.6e V）和可见光区较高的光吸收系数（≥104cm-1）,成为了制备高效率薄膜太阳能电池的理想材料。本文分别采用磁控溅射物理气相沉积和旋涂化学液相沉积两种方法在Mo玻璃上生长CZTS吸收层,通过化学水浴法沉积Cd S缓冲层,以及磁控溅射法生长本征Zn O和ITO窗口层,制备出完整的CZTS太阳能电池。在CZTS吸收层薄膜制备的过程中,硫化工艺对于材料的生长至关重要,硫化过程直接决定了晶粒大小、择优取向晶面等晶体性质,以及微观形貌和化学计量比等。此外,多层薄膜器件结构中Mo/CZTS和CZTS/Cd...
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CZTS晶体结构演化示意图[12]
绪论4的扫描下，衍射峰十分相似。这些二次相对于电池效率的提升有着有害的影响[19]。Katagiri等人在研究中仅仅在定量为：[Cu/(Zn+Sn):0.76-0.90,Zn/Sn:1.1-1.3，Cu/Sn=1.8-2.0]的很小的范围内才能获得高效率的CZTS太阳能电池，而这个范围则被称为有效成分区域[20]。图1.2CZTS单一相存在的化学稳定区域[18]在多元化合物中，往往会出现很多的本征缺陷，例如空位缺陷（Vacancies）、替位缺陷（Antisites）和间隙（Interstitials）等。从图1.3给出了CZTS的能级图，在能级图中可以看出CZTS中的受主能级的铜锌反位缺陷（CuZn）的形成能是最低的。这和之前提到的Cu原子和Zn原子的原子半径有关，它们的原子半径十分接近，所以易发生相互替代。CZTS中受主缺陷的形成能普遍低于施主缺陷，这说明CZTS材料中受主缺陷能自发形成。所以CZTS最终由受主缺陷决定p型导电。如图1.4，每个缺陷对应的离化能是不同的，根据不同缺陷离化能不同可以判别缺陷对于CZTS的影响是有利还是有弊的。图中发现，成能最低的受主缺陷CuZn的离化能级比VCu大，这对空穴-电子的分离是不利的。所以适当的减少Cu的含量可以有效的抑制CuZn的产生，从而促进空穴-电子的分离。但是当Cu含量过低时ZnCu会增多，载流子的输运受到影响。除了这些缺陷，深能级缺陷(CuSn、ZnSn、VS、SnCu)会作为复合中心使载流子复合，对于CZTS太阳能电池性能提升产生不利影响。
CZTS中的形成能[17]
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界能源转型面临的双重挑战——BP世界能源展望2019成果研讨[J]. 张振,唐仁敏,王大千. 中国经贸导刊. 2019(11)
[2]CIGS薄膜太阳电池产业化的最新进展与发展研究[J]. 张旭. 电子测试. 2018(14)
[3]太阳能发电前景展望——世界能源危机的解决[J]. 李晓娓,仲怀景,吴多海. 内燃机与配件. 2017(16)
[4]太阳能的优点及开发[J]. 毛建儒. 中共山西省委党校学报. 1996(04)
本文编号：2909198
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CZTS晶体结构演化示意图[12]
绪论4的扫描下，衍射峰十分相似。这些二次相对于电池效率的提升有着有害的影响[19]。Katagiri等人在研究中仅仅在定量为：[Cu/(Zn+Sn):0.76-0.90,Zn/Sn:1.1-1.3，Cu/Sn=1.8-2.0]的很小的范围内才能获得高效率的CZTS太阳能电池，而这个范围则被称为有效成分区域[20]。图1.2CZTS单一相存在的化学稳定区域[18]在多元化合物中，往往会出现很多的本征缺陷，例如空位缺陷（Vacancies）、替位缺陷（Antisites）和间隙（Interstitials）等。从图1.3给出了CZTS的能级图，在能级图中可以看出CZTS中的受主能级的铜锌反位缺陷（CuZn）的形成能是最低的。这和之前提到的Cu原子和Zn原子的原子半径有关，它们的原子半径十分接近，所以易发生相互替代。CZTS中受主缺陷的形成能普遍低于施主缺陷，这说明CZTS材料中受主缺陷能自发形成。所以CZTS最终由受主缺陷决定p型导电。如图1.4，每个缺陷对应的离化能是不同的，根据不同缺陷离化能不同可以判别缺陷对于CZTS的影响是有利还是有弊的。图中发现，成能最低的受主缺陷CuZn的离化能级比VCu大，这对空穴-电子的分离是不利的。所以适当的减少Cu的含量可以有效的抑制CuZn的产生，从而促进空穴-电子的分离。但是当Cu含量过低时ZnCu会增多，载流子的输运受到影响。除了这些缺陷，深能级缺陷(CuSn、ZnSn、VS、SnCu)会作为复合中心使载流子复合，对于CZTS太阳能电池性能提升产生不利影响。
CZTS中的形成能[17]
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界能源转型面临的双重挑战——BP世界能源展望2019成果研讨[J]. 张振,唐仁敏,王大千. 中国经贸导刊. 2019(11)
[2]CIGS薄膜太阳电池产业化的最新进展与发展研究[J]. 张旭. 电子测试. 2018(14)
[3]太阳能发电前景展望——世界能源危机的解决[J]. 李晓娓,仲怀景,吴多海. 内燃机与配件. 2017(16)
[4]太阳能的优点及开发[J]. 毛建儒. 中共山西省委党校学报. 1996(04)
本文编号：2909198
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