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。

铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池吸收层薄膜质量探究

铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池是低成本、有潜力的新型太阳能电池,其吸收层的质量决定太阳能电池器件的性能.溶液法是通过将预制膜硒化热处理来获得铜锌锡硫硒太阳能电池的吸收层材料,其中硒化处理是得到高质量吸收层的重要手段.为得到高质量吸收层,对硒化条件进行设计,分别从硒化程序组成(一步/两步硒化)、硒化温度及硒化时间3个方面探究了硒化过程对铜锌锡硫硒吸收层的相纯度、微观形貌及光电转换性能的影响.利用最优硒化参量制备电池器件,获得了5.72%的光电转换效率.

硫代硫酸钠浓度对电沉积制备铜锌锡硫硒薄膜性质的影响(英文)

采用后硒化Cu-Zn-Sn-S电沉积预制层的方法制备了铜锌锡硫硒薄膜,其中Cu-Zn-Sn-S预制层是通过含有不同浓度的硫代硫酸钠电解液电沉积而成的.实验发现,硒化前后薄膜的性质与硫代硫酸钠浓度密切相关.SEM,EDS,XRD,Raman和透射光谱分析表明,当硫代硫酸钠的浓度为5 mM时,沉积的薄膜形貌平整,晶粒明显,组分贫锌,具有单一的铜锌锡硫硒结构,且其带隙为1.11 eV;在浓度高于5 mM下沉积的薄膜形貌粗糙并产生杂相硒化锡;在浓度低于5 mM下沉积的薄膜组分严重贫锌并生成大量的Cu2SnSe3.

铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜的制备工艺及性能表征

本文以油胺为溶剂,采用液相法制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米颗粒,通过CZTS纳米浆滴涂法制备了CZTS薄膜,而后经固态硒源硒化工艺得到了CZTSSe薄膜,研究了制备工艺条件反应温度、气压、物质配比及退火温度等对样品的晶体结构及成分的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、能谱分析(EDAX)对制备的CZTS粉末和CZTSSe薄膜样品进行了表征,结果表明在化学计量比和保压的条件下可得到单相性较好的前驱体粉末,由此得到的CZTSSe薄膜在500℃的硒化退火温度下能够形成具有单一锌黄锡矿结构、结晶程度较好的薄膜;由EDAX的成分分析结果可知,薄膜具有贫铜的成分,而且,随着温度的升高,Se元素含量增加最后趋于平稳,而S元素含量先减少后有增加趋势。

烧结氛围对铜锌锡硫硒薄膜性质的影响

Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳能电池吸收层的质量,受薄膜的烧结氛围影响,进而影响其电池器件的性能。利用溶液法,分别在氮气和空气两种氛围下制备Cu2ZnSn(S,Se)4吸收层薄膜,系统地研究烧结氛围对Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜性质的影响。首先,采用甲胺水溶液和硫代乙醇酸的混合溶液为溶剂,依次溶解S、Sn、Zn和Cu单质,配制Cu2ZnSnS4前驱体溶液;然后,通过旋涂/烧结的方法,分别在氮气气氛和空气中制得Cu2ZnSnS4预制薄膜,进一步对预制薄膜进行高温硒化处理,得到两种氛围的Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜;最后,经过XRD、Raman、SEM、C-AFM和I-V特性曲线等测试表征。结果发现:氮气气氛的Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜晶粒尺寸较大、表面形貌更均匀、结晶性和导电率较高,薄膜质量相对更佳,说明氮气氛围更有利于制备适合于高性能电池器件的Cu2ZnSn(S,Se)4吸收层薄膜。

钾掺杂对柔性CZTSSe薄膜及其太阳电池性能的影响

本文采用磁控溅射加后续硒化的方法制备柔性CZTSSe薄膜,通过向硒化气氛中引入钾元素实现了钾的有效掺杂。研究了钾掺杂量对柔性CZTSSe薄膜和电池性能的影响。X射线衍射和Raman结果表明适量掺入钾元素可以显著提高CZTSSe薄膜的(112)择优取向,增大晶粒尺寸,但钾元素掺杂量过高时又会使晶粒尺寸变小降低薄膜结晶性。另外钾元素的掺入也会改变CZTSSe/Cd S间能带匹配情况,少量的钾元素掺杂对CZTSSe/Cd S间导带失调值(CBO)影响不大,过量掺入钾元素则会明显增大CZTSSe/Cd S间的CBO绝对值,进而降低柔性CZTSSe太阳电池转换效率。发现钾元素掺杂量为1. 0μmol时,所制备的柔性CZTSSe薄膜平均晶粒尺寸超过1μm,且具有很强的(112)择优取向;制作的CZTSSe/Cd S具有最佳的CBO数值,相应柔性太阳电池的最高值转换效率为3. 06%。