脉冲激光沉积法制备铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)薄膜的研究

摘要

铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4，CZTS)是一种直接带隙半导体材料，其禁带宽度约为1.5eV的，可见光吸收系数高达104cm-1，理论转换效率约为30％，是一种极具吸引力和应用潜力的廉价薄膜太阳能电池材料。本论文利用脉冲激光沉积技术在不同衬底温度和脉冲激光能量下制备了CZTS薄膜，并通过X射线衍射、扫描电镜和原子力显微镜等分析测试技术对样品进行了表征，进而探讨了各种沉积条件对CZTS薄膜质量的影响，主要结果如下：
　　 1.衬底温度和脉冲激光能量对薄膜结晶状态的影响为：在一定范围内，较高的衬底温度和脉冲激光能量都有利于CZTS薄膜的结晶；当衬底温度为300℃～500℃及脉冲激光能量为130mJ～165mJ范围内，CZTS薄膜呈(112)面择优取向；当衬底温度为200℃～250℃及脉冲激光能量为180mJ～200mJ范围内，CZTS薄膜呈(220)面择优取向。
　　 2.工艺参数对薄膜晶粒尺寸和表面形貌的影响为：衬底温度的升高和脉冲激光能量的增大都会使薄膜表面晶粒尺寸和表面粗糙度增大，但当脉冲激光能量超过165mJ时，会使薄膜表面粗糙度有下降的趋势。
　　 3.根据样品分析测试结果对薄膜沉积工艺进行了优化，并在衬底温度为300℃，脉冲激光能量为165mJ的条件下制备出了(112)面择优取向且结晶质量良好的CZTS薄膜。