溶胶—凝胶法制备铜锌锡硫(cu2znsns4)和铜锡硫(cu2sns3)薄膜太阳电池

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1、万方数据中图分类号UDCTM615620硕士学位论文学校代码!Q至3三密级垒珏溶胶一凝胶法制备铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)和铜锡硫(Cu2SnS3)薄膜太阳电池Fabricationofcopperzinctinsulfide(Cu2ZnSnS4)andcoppertinsulfide(Cu2SnS3)thin—filmsolarcellsbysol—gelmethod作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：禹lJ指导教师：顾鄂宁冶金工程薄膜太阳电池冶金与环境学院刘业翔教授刘芳洋副教授论文答辩日期皇!丝：!‘必答辩委员会主席中南人学2014年05月趟鸳万方数据学位

2、论文原创性声明l丫llz#1161814lll718llllll6l##lllJ本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：盈牟扛日期：业年』月孚日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关

3、部fJ或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：召牡日期：业眨年上月孚日导师签名日期：生年三月竺日万方数据中南大学硕十学位论文摘要溶胶一凝胶法制备铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)和铜锡硫(Cu2SnS3)薄膜太阳电池摘要：铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)，铜锡硫(CuzSnS3)元素矿藏丰富无毒，为P型直接带隙半导体材料，光电学性质优良，是薄膜太阳电池吸收层较佳候选材料。近年来，非真空法制备Cu2ZnSnS4材料受

4、到广泛关注，并获得了最高效率。溶胶一凝胶法是一种绿色廉价的溶液法，本实验室基于该法制作的Cu2ZnSnS4薄膜太阳电池效率在3％以上，为进一步提高其光电转换效率，本实验针对背接触改性和硫化压强做了研究。此外，首次采用溶胶．凝胶法制作了Cu：SnS3薄膜，并对其成分和低压硫化温度做了较为系统的探索，制作的Cu2SnS3薄膜太阳电池获得了0．58％的光电转换效率。研究内容包括以下几个部分：1)研究不同厚度TiB2对溶胶．凝胶法制作的Cu2ZnSnS4薄膜太阳电池吸收层和器件性能的影响。实验发现，TiB2薄膜作为中间层可以优化Cu：ZnSnS。吸收层和钼(Mo)背电极之间的界面，有效抑制

5、硫化钼(MoS2)的形成，降低串联电阻，显著地提高短路电流密度和填充因子，提高器件的效率。但过厚的TiB2会降低Cu2ZnSnS4吸收层的结晶性，降低器件的开路电压，从而降低器件的光电转换效率。因此，要将TiB2控制在合适的厚度范围内，才能使器件背接触区域的MoS2较薄，同时保证吸收层中Cu2ZnSnS4结晶性好。2)溶胶一凝胶法制作的Cu：ZnSnS4低压硫化薄膜太阳电池获得了5．7％的效率，与效率为4．1％的常压硫化样品相比，其开路电压和填充因子均提高。低压硫化吸收层薄膜中晶粒更大，晶界较少，且没有SnS二次相的存在，这有利于提高电池的开路电压和填充因子。且低压硫化能够减少背接

6、触区域MoS2的厚度，但硫化后样品表面的ZnS二次相含量增高。综合来看，低压硫化对器件的短路电流密度影响较小，可增加电池开路电压，提升光电转换效率。3)首次采用溶胶．凝胶法制作Cu2SnS3薄膜太阳电池。探索发现Cu／Sn金属比为1．79的前驱体薄膜，高温低压硫化(580oC和600oC)后表面较为致密，Cu：SnS3晶粒较大，适合作为薄膜太阳电池的吸收层。以Cu／Sn为1．79，580oC低压硫化薄膜制作的Cu2SnS3器件，吸收层中Cu／Sn比为1．82，获得』，0．58％的光电转换效率。关键词：溶胶．凝胶法；Cu2ZnSnS4；Cu2SnS3；器件效率分类号：TM615万方数

7、据中南大学硕士学位论文AbstractFabricationofcopperzinctinsulfide(Cu2ZnSnS4)andcoppertinsulfide(Cu2SnS3)thin—filmsolarcellsbysol—gelmethodAbstract：Copperzinctinsulfide(Cu2ZnSnSOandcoppertinsulfide(Cu2SnS3)havebeenprovedtobepromisingabsorbersforthinf