銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS₄,簡(jiǎn)寫(xiě)為CZTS）作為導(dǎo)電類(lèi)型為P型的四元化合物半導(dǎo)體具有鋅黃錫礦結(jié)構(gòu),與銅銦鎵硒（CIGS）的黃銅礦結(jié)構(gòu)相似,其組成元素?zé)o毒且在地殼中含量豐富,禁帶寬度為1.5eV,具有較大的光吸收系數(shù)(大于10～4cm^-1),理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)32.2%,被認(rèn)為是薄膜太陽(yáng)電池材料的最佳選擇之一。目前,關(guān)于CZTS材料的基本特性已經(jīng)有較深入的理論計(jì)算報(bào)道,但是CZTS薄膜太陽(yáng)電池器件卻有較高的制備難度。材料本身存在的雜相和缺陷,以及薄膜結(jié)晶質(zhì)量和器件膜層間的晶格失配等原因都將會(huì)抑制CZTS太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的提升。本文將主要針對(duì)以上問(wèn)題,提出改善薄膜制備工藝的技術(shù)方法,具體工作如下:（1）采用單靶濺射制備CZTS預(yù)制層薄膜,研究不同退火溫度對(duì)薄膜性能的影響,使用相關(guān)測(cè)試設(shè)備對(duì)制備的薄膜進(jìn)行表征分析,結(jié)果表明在360℃低溫合金30分鐘后再在500℃下高溫退火50分鐘制備的薄膜結(jié)晶質(zhì)量較好,表面平整致密。（2）研究原位退火工藝與傳統(tǒng)濺射后合金退火制備薄膜的區(qū)別,實(shí)驗(yàn)表明,在濺射完畢后,采用原位退火工藝處理,能夠得到晶...

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1(a)黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInS2,(b)黃錫礦結(jié)構(gòu)的CZTS,(c)鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)的CZTS

如圖1.1所示,CZTS四元化合物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)可以看做是由最初的閃鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS演變而來(lái),當(dāng)Ⅱ族元素Zn原子被Ⅰ族元素Cu原子和Ⅲ族元素In原子替代后會(huì)生成黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInS2,而當(dāng)In原子又被Zn原子和Ⅳ族元素Sn原子以各占一半的形式替換,就會(huì)形成黃錫礦和鋅黃錫礦兩種....

圖1.2 CZTS薄膜太陽(yáng)電池主要結(jié)構(gòu)

CZTS薄膜太陽(yáng)電池與已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的CIGS有著相似的器件結(jié)構(gòu)和適合作為太陽(yáng)電池吸收層材料的性質(zhì)。如圖1.2所示,CZTS薄膜太陽(yáng)電池的組成自上而下分別是Ni-Al柵狀電極(頂電極)、本征ZnO和摻Al的ZnO薄膜(窗口層)、CdS薄膜(緩沖層)、CZTS薄膜(吸收層)、M....

圖1.3(a)CZTS薄膜太陽(yáng)電池工作原理示意圖(b)太陽(yáng)電池等效電路圖

其中n是二極管的理想因子,k是玻爾茲曼常數(shù),T是開(kāi)爾文溫度。1.4CZTS薄膜的主要制備及表征方法

圖2.1(a)真空磁控濺射的工作示意圖(b)高真空多腔室磁控濺射成膜系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)采用磁控濺射制備Mo背電極、CZTS吸收層和ZnO及摻Al的ZnO窗口層,磁控濺射技術(shù)屬于物理氣相沉積,主要被用于制備金屬、半導(dǎo)體和絕緣體等薄膜材料,其具有設(shè)備操作簡(jiǎn)單、鍍膜面積大和成膜均勻性較好等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)70年代發(fā)展以來(lái)實(shí)現(xiàn)了材料制備的高速、低溫和低損傷。主要工作原....

本文編號(hào)：4051019