不同旋涂方式对铜锌锡硫硒薄膜及相应器件性能的影响

晶体质量是决定铜锌锡硫硒(Cu_(2)ZnSn(S,Se)_(4),CZTSSe)吸收层薄膜吸收效率的关键,旋涂是溶液法制备CZTSSe吸收层的第一步,因此旋涂方式的选择至关重要。为了探究不同旋涂方式对CZTSSe吸收层薄膜质量和相应器件性能的影响,分别采用三组不同的旋涂方式制备铜锌锡硫(Cu_(2)ZnSnS_(4),CZTS)前驱体薄膜及CZTSSe吸收层薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析了不同旋涂方式对所制备的CZTSSe吸收层薄膜晶体结构、元素成分、相纯度、表面形貌的影响。同时,采用电流密度-电压(J-V)测试和外量子效率(EQE)测试对CZTSSe吸收层薄膜太阳电池的光电特性进行了表征。结果表明:旋涂7周期,且第一周期烘烤之前旋涂2次的效果最好,所制备的CZTS前驱体薄膜均匀,无裂纹,CZTSSe吸收层薄膜结晶度更高,薄膜表面更平整致密,晶粒大小更均匀,实现了9.63%的光电转换效率。通过对采用不同旋涂方式制备的器件的性能参数进行统计分析,得出新的旋涂方式可以提高CZTSSe薄膜太阳电池的可重复性,为将来可能的大规模商业化应用做铺垫。

少量锗的加入对铜锌锡硒薄膜及其器件性能的影响

本文采用溶液法制备铜锌锡硒(Cu_(2)ZnSnSe_(4),CZTSe)薄膜。通过在溶液中加入少量的锗(Ge),探究Ge的引入对CZTSe薄膜及其器件性能的影响。为了对比分析,分别制备了不含Ge的CZTSe和含少量Ge的铜锌锡锗硒[Cu_(2)Zn(Sn,Ge)Se_(4),CZTGSe]两组薄膜及其薄膜太阳电池。分别利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔(Hall)测试、电流-电压(J-V)曲线和外量子效率(EQE)测试等手段对吸收层薄膜的晶体结构、相的纯度、表面形貌、载流子浓度,以及完整器件的电学性能进行表征和分析。结果表明,在CZTSe薄膜中引入少量Ge可以与Se形成液体流动剂,提升吸收层薄膜结晶度,改善晶体质量,减少晶界数量,降低光生载流子在晶界处的复合,提高载流子寿命。此外,Ge对Sn的部分取代可以降低与Sn有关的缺陷态密度,增加带隙,提高开路电压,同时改善串联电阻和并联电阻,提高填充因子。最终获得了开路电压为513.2 mV、短路电流为27.47 mA/cm^(2)、填充因子为62.68%、光电转换效率为8.83%的CZTGSe薄膜太阳电池。

硒化前后电沉积贫铜和富铜的Cu(In_(1-x)Ga_x)Se_2薄膜成分及结构的比较

采用电沉积法获得了接近化学计量比的贫铜和富铜的Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)预置层,研究比较了两种预置层及其硒化处理后的成分和结构特性.得到了明确的实验证据证明,硒化后富铜薄膜中的CuxSe相会聚集凝结成结晶颗粒分散在表面.研究表明:在固态源硒化处理后,薄膜成分基本不变;当预置层中原子比Cu/(In+Ga)<1.1时,硒化后薄膜表面存在大量的裂纹;而当Cu/(In+Ga)>1.2时,可以消除裂纹的产生,形成等轴状小晶粒;富铜预置层硒化时蒸发沉积少量In,Ga和Se后,电池效率已达到6.8%;而贫铜预置层硒化后直接制备的电池效率大于2%,值得进一步深入研究.

CIGS太阳电池的低成本制备工艺

目前铜铟镓硒(CIGS)太阳电池的工业化生产基本采用真空技术制备,需要很大的设备投资,生产周期长,增加了生产成本。详细介绍了几种具有潜在应用前景的低成本直接制备工艺:电沉积、丝网印刷、热解喷涂。这几种方法都使用简单、快速的非真空设备,预组装成分子级别的前驱物层,经化学或热处理形成CIGS薄膜。前驱物的选择,杂相的去除,以及后处理条件是影响非真空工艺的关键因素。