脉冲激光沉积法制备CZTS薄膜和ZnO薄膜

摘要

铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4，CZTS)是一种极具潜力的薄膜太阳能电池吸收层材料，具有转换效率高、原材料来源广泛且价格低廉和环境友好等一系列优点。
　　 本论文采用脉冲激光沉积法在不同工艺条件下制备了CZTS薄膜和ZnO薄膜。综合利用SEM、AFM、XRD和紫外-可见分光光度计等各种分析测试手段，研究了脉冲激光能量、脉冲激光频率、沉积时间、退火时间、退火温度和环境气氛等参数对薄膜表面形貌、物相结构及光电性能的影响，主要研究结果如下:
　　 1.脉冲激光能量为150mJ/p时，在ITO导电玻璃衬底上制备出了结晶良好的CZTS薄膜。
　　 2.激光为频率为5Hz时，CZTS薄膜呈强烈的(112)面择优取向;在其他频率下，薄膜则倾向于呈(220)面择优取向。
　　 3.薄膜的质量与沉积时间有关，当沉积时间为90min时，制备出的CZTS薄膜结晶质量良好，表面光滑、致密。
　　 4.退火时间为60min时CZTS薄膜表面致密度高，缺陷少。随着退火时间的延长，CZTS薄膜表面粗糙度逐渐减小，但表面杂质含量也逐渐增加。
　　 5.退火温度为300℃时薄膜的结晶质量好、杂质缺陷少、表面致密，可见光范围内透过率为0.8％，禁带宽度为1.521eV，电阻率为0.009Ω·cm。随着退火温度的升高，薄膜透过率增大，禁带宽度变宽。
　　 6.富Sn有利于CZTS薄膜沿[112]方向择优生长。
　　 7.在激光能量为150mJ/p、衬底温度为200℃、氧气分压为0.8Pa的条件下，制备出了结晶良好、表面粗糙度小、致密度高，透过率大于85％的ZnO薄膜。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 太阳能电池

1．2．1 太阳能电池的原理

1．2．2 太阳能电池发展现状及趋势

1．2．3 薄膜太阳能电池

1．3 新概念电池

1．4 CZTS薄膜电池的研究现状

1．4．1 CZTS薄膜的制备方法

1．4．2 脉冲激光沉积法(PLD)制备CZTS薄膜

1．5 薄膜生长原理

1．5．1 生长机理

1．5．2 薄膜生长的三种方式

1．5．3 薄膜生长的主要影响因素

1．5．4 薄膜四种组织结构

1．6 选题依据和研究内容

第二章 实验方法及过程

2．1 实验材料

2．2 实验设备

2．3 实验方案

2．4 薄膜制备工艺过程

2．5 薄膜表征技术

第三章 脉冲激光沉积法制备CZTS薄膜

3．1 脉冲激光能量对CZTS薄膜结构和表面形貌的影响

3．1．1 脉冲激光能量对CZTS薄膜结构的影响

3．1．2 脉冲激光能量对CZTS薄膜表面形貌的影响

3．1．3 不同能量条件下CZTS薄膜的EDS分析

3．2 脉冲激光频率对CZTS薄膜结构和表面形貌的影响

3．2．1 脉冲激光频率对CZTS薄膜的结构的影响

3．2．2 脉冲激光频率对CZTS薄膜的SEM表面形貌的影响

3．3 沉积时间对CZTS薄膜结构和表面形貌的影响

3．3．1 沉积时间对CZTS薄膜的结构的影响

3．3．2 沉积时间对CZTS薄膜的AFM表面形貌的影响

3．4 退火时间对CZTS薄膜结构和表面形貌的影响

3．4．1 退火时间对CZTS薄膜结构的影响

3．4．2 退火时间对CZTS薄膜的AFM表面形貌影响

3．5 退火温度对CZTS薄膜结构、表面形貌和性能的影响

3．5．1 退火温度对CZTS薄膜结构的影响

3．5．2 退火温度对CZTS薄膜形貌的影响

3．5．3 退火温度对CZTS薄膜光学性能的影响

3．5．4 退火温度对CZTS薄膜电学性能的影响

3．6 本章小结

第四章 脉冲激光沉积法制备ZnO薄膜

4．1 激光能量对ZnO薄膜结构和表面形貌的影响

4．1．1 激光能量对ZnO薄膜结构影响

4．1．2 激光能量对ZnO薄膜表面形貌的影响

4．2 氧气分压对ZnO薄膜结构和表面形貌的影响

4．2．1 氧气分压对ZnO薄膜结构的影响

4．2．2 氧气分压对ZnO薄膜表面形貌的影响

4．3 衬底温度对ZnO薄膜结构和表面形貌的影响

4．3．1 衬底温度对ZnO薄膜结构的影响

4．3．2 衬底温度对ZnO薄膜表面形貌的影响

4．4 工艺参数对ZnO薄膜透过率的影响

4．4．1 激光能量对ZnO薄膜透过率的影响

4．4．2 氧气分压对ZnO薄膜透过率影响

4．4．3 衬底温度对ZnO薄膜透过率的影响

4．5 本章小结

第五章 结论

致谢

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参考文献