铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的吸收层组分及界面研究

发布时间：2021-03-03 03:23

　　锌黄锡矿材料（如铜锌锡硫,铜锌锡硒,铜锌锡硫硒）是新一代薄膜太阳能电池光吸收层材料。该材料和目前在薄膜太阳能电池领域表现出色的黄铜矿材料（铜铟镓硒）具有相似的晶体结构和材料性质。锌黄锡矿材料具有高光吸收系数(大于10⁴ cm^-1)、可调节带隙（1.0-1.5 eV）和良好的抗光衰竭性,且组成元素在地球上含量丰富、安全无毒,非常适合用于发展高效、廉价、性能稳定的太阳能电池。铜锌锡硫硒吸收层有多种制备方法,大致可以分为真空法和非真空法。其中非真空的溶液法因其操作简便灵活,原材料利用率高等优点得到了快速发展。目前锌黄锡矿类电池的最高效率12.6%就是通过肼溶液法制备的。然而,肼是一种危险化学品,这限制了肼溶液法的大规模应用。于是更加环保和安全的溶液体系,例如二甲基亚砜、胺-硫醇等溶液体系得到了发展和应用。本论文采用乙醇胺-巯基乙酸溶液体系制备铜锌锡硫硒吸收层和太阳能电池器件。乙醇胺-巯基乙酸等环境友好的溶液体系化学成分与肼相比更为复杂,材料制备过程中晶体生长机制还未得到完全认识。制备过程中锡元素和锌元素的易挥发性使得晶体生长更加难以控制。半导体材料... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

006-2015年我国能源消费情况

利用太阳能资源将对人类所面临的能源问题和环境问题改善起到积极有利作用。光热、光电和光化学转换是重要的利用太阳能的方式。其中光电转换方式可以直接将太阳能转换为电能，电能可以并网输送使用。所以光电转换技术得到了广泛的关注和发展。1839 年法国科学家贝克雷尔首先发现光生伏特效应，大约一百年后美国贝尔实验室制备出第一块单晶硅电池，到现在商业硅电池走进千家万户为人类提供能源。半个多世纪以来，光伏技术和光伏产业的飞速发展使得太阳能电池的制造成本大幅度下降，太阳能电池得到了广泛地应用，成为当前发展规模最大的清洁可再生能源之一(10)。根据中国报告网整理，如图 1.2 所示，我国光伏发电并网容量每年持续增加。到 2016 年，我国光伏发电累计装机容量达到77.42GW，是全世界光伏发电装机容量最大的国家(2)。在未来，对于太阳能的利用会进一步得到发展。根据国际能源机构（IEA）预测，到二十一世纪中叶全球光伏发电产能将超过 4000GW，光伏发电将成为人

四元化合物铜锌锡硫材料在自然界中可以存在，与目前在薄膜太阳能电池领域表现出色的黄铜矿（Chalcopyrite）结构的铜铟镓锡材料具有相似的晶体结构，如图1.3所示。铜锌锡硫材料的所有组成元素都绿色无毒而且地球含量丰富，并且是一种直接带隙半导体材料。通过调节该材料中的硫硒的比例，可以调节材料的带隙（从 1.0 eV 到 1.5 eV）。铜锌锡硫材料在紫外-可见波段的光吸收系数高达 104/cm，理论转换效率高达 32.2%，非常有前景成为高效、廉价的新型太阳能电池吸收层材料(19)。1.3 铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的研究现状 20 世纪 80 年代，日本信英大学的 Kentaro Ito 和 Tatsuo Nakazawa 首次研究了四元化合物材料铜锌锡硫（CZTS）的性能(20)。1997 年，日本长冈国立技术学院的 Hironori Katagiri 等人第一次成功制备了 CZTS 太阳能电池，得到了 0.67%的转换效率(21)。近十几年来


本文编号：3060499