銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS₄,簡寫為CZTS）作為導電類型為P型的四元化合物半導體具有鋅黃錫礦結構,與銅銦鎵硒（CIGS）的黃銅礦結構相似,其組成元素無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(大于10～4cm^-1),理論轉換效率可達32.2%,被認為是薄膜太陽電池材料的最佳選擇之一。目前,關于CZTS材料的基本特性已經有較深入的理論計算報道,但是CZTS薄膜太陽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,以及薄膜結晶質量和器件膜層間的晶格失配等原因都將會抑制CZTS太陽電池轉換效率的提升。本文將主要針對以上問題,提出改善薄膜制備工藝的技術方法,具體工作如下:（1）采用單靶濺射制備CZTS預制層薄膜,研究不同退火溫度對薄膜性能的影響,使用相關測試設備對制備的薄膜進行表征分析,結果表明在360℃低溫合金30分鐘后再在500℃下高溫退火50分鐘制備的薄膜結晶質量較好,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,實驗表明,在濺射完畢后,采用原位退火工藝處理,能夠得到晶...

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1(a)黃銅礦結構的CuInS2,(b)黃錫礦結構的CZTS,(c)鋅黃錫礦結構的CZTS

如圖1.1所示,CZTS四元化合物半導體的晶體結構可以看做是由最初的閃鋅礦結構的ZnS演變而來,當Ⅱ族元素Zn原子被Ⅰ族元素Cu原子和Ⅲ族元素In原子替代后會生成黃銅礦結構的CuInS2,而當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,就會形成黃錫礦和鋅黃錫礦兩種....

圖1.2 CZTS薄膜太陽電池主要結構

CZTS薄膜太陽電池與已經實現工業(yè)化生產的CIGS有著相似的器件結構和適合作為太陽電池吸收層材料的性質。如圖1.2所示,CZTS薄膜太陽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薄膜太陽電池工作原理示意圖(b)太陽電池等效電路圖

其中n是二極管的理想因子,k是玻爾茲曼常數,T是開爾文溫度。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)

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

本文編號：4051019