铜锌锡硫薄膜太阳能电池中Zn的分布对器件性能的影响

摘要

本研究团队利用溅射后硫化法制备CZTS电池器件。先在镀Mo的玻璃衬底上共溅射SnS2，Cu以及ZnS三种化合物，然后在硫化氢气氛中高温(500-540℃)退火而成。在此基础上，改变Zn的组分，从微观上分析多余的Zn的存在形式以及位置，研究Zn元素在吸收层中不同位置的分布对器件性能的影响。发现在较低退火温度时，由于吸收层中晶粒较小，不能贯穿整个吸收层，多余的ZnS往往积聚在晶界处，阻断了电荷的传输，从而对电流的收集产生了影响。当提高退火温度，使得晶粒继续融合变成较大晶粒时。晶粒之间的ZnS杂相虽然减少了，但是并没有对提高短路电流有所改善。进一步实验分析发现，在高温退火下晶粒虽然增大到能够贯穿整个吸收层，但是Zn元素并没有融入到CZTS的晶格结构当中，反而是以ZnS的超晶格形式存在在CZTS晶粒当中，这也是影响性能的因素。