CZTSe薄膜太阳能电池关键材料研究

【摘要】：CZTSe(Cu2ZnSnS4)薄膜太阳能电池是一种极具潜力、适合大规模应用的新型太阳能电池。CZTSe材料具有组成成分成本低、吸收系数高、直接带隙、生产工艺多样等优点。 本论文首先采用SCAPS-1D建立了CZTSe薄膜电池的模型并对其输出特性进行了数值模拟,研究了CZTSe禁带宽度、CZTSe吸收层和CdS缓冲层厚度、工作温度以及寄生电阻对CZTSe太阳能电池的影响,为优化电池结构提供了理论依据。 接着采用脉冲直流磁控溅射的方法在玻璃衬底上制备了用于太阳能电池窗口TCO(透明导电氧化物)层的IMO(In2O3:Mo)薄膜,研究了衬底温度对IMO薄膜性能的影响。实验制备出的IMO为方铁锰矿立方结构；在250℃的衬底温度下获得的最大迁移率为53.9cm2V-1s-1;在较高衬底温度下制备的IMO薄膜具备较高的透射率；IMO薄膜的光学带隙在3.5eV以上,适合作为太阳能电池的TCO层。 最后,我们采用溅射后硒化的两步法工艺制备了CZTSe薄膜,即先采用共溅射方法制备CuZnSn金属前驱体,之后在管式炉中进行硒化。硒化压强在1-4mbar区间进行调整以研究其对CZTSe薄膜性质的影响。XRD测试结果证实了CZTSe的存在,EDS测试结果表明薄膜的组分接近CZTSe的化学计量比。实验制备出的薄膜表面较为粗糙,晶粒大小不一。所有的CZTSe样品都呈现出P型导电性,迁移率在1cm2V-1s-1的量级。测得薄膜中载流子浓度在1019～1020cm-3量级,电阻率在10-2Ω·cm量级。经过KCN溶液刻蚀后,载流子浓度下降约一个数量级。经测试并计算得到CZTSe的禁带宽度为0.92eV。 【关键词】：薄膜太阳能电池 SCAPS-1D数值模拟 CZTSe IMO
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 太阳能电池的工作原理9-10
• 1.3 太阳能电池分类10-12
• 1.4 CZT(S,Se)太阳能电池的概况12-13
• 1.5 本文的研究内容13-14
• 2 CZTSe 薄膜太阳能电池的数值模拟14-27
• 2.1 CZTSe 太阳能电池的数值模拟模型建立14-18
• 2.2 CZTSe 薄膜太阳能电池特性的数值模拟18-25
• 2.3 本章小结25-27
• 3 IMO 透明电极薄膜的实验研究27-45
• 3.1 IMO 薄膜的研究现状和主要制备方法27-29
• 3.2 IMO 薄膜的实验制备29-31
• 3.3 IMO 薄膜性质的测试表征31-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 CZTSe 吸收层薄膜的实验研究45-59
• 4.1 CZT(S,Se)薄膜的研究现状和主要制备方法45-51
• 4.2 CZTSe 薄膜的制备51-52
• 4.3 CZTSe 薄膜的测试表征52-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 总结与展望59-61
• 5.1 工作总结59-60
• 5.2 工作展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-69
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文69

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