Cu2SnS3薄膜的溶液制备方法及其太阳能电池性能研究

摘要

Cu2SnS3(CTS)三元半导体因其组成元素丰富且无毒，并具有0.92至1.35 eV之间连续可调的光学带隙和高达105 cm-1的光吸收系数，被认为是理想的薄膜太阳能电池吸收层材料而受到广泛关注。采用低成本制备技术实现较高的光电转换效率则是推进CTS薄膜太阳能电池规模化应用的关键。针对目前在CTS薄膜太阳能电池器件制备方面所面临的一系列问题，本论文提出采用一种成本低廉、安全环保的化学溶液法—金属盐硫脲法来制备CTS吸收层薄膜，系统研究了不同制备条件对CTS薄膜成分、结构和性能的影响，在此基础上组装了CTS薄膜太阳能电池器件并研究了其光电转换特性。取得的主要研究结果如下：
　　1、采用金属盐硫脲法制备CTS前驱体薄膜，系统研究了硫化条件（硫化温度、硫粉用量、硫化时间）对CTS吸收层薄膜的质量及其光电性能的影响。研究表明：提高硫化温度可以显著改善CTS薄膜的结晶性，同时引起CTS晶体结构的转变；而过量的硫源可以有效促进CTS晶粒的生长；延长硫化时间则能降低CTS的载流子浓度并提高迁移率。结合优化后的硫化工艺，制备了转换效率为2.61％的CTS薄膜太阳能电池器件。
　　2、为进一步简化CTS薄膜制备工艺，采用非硫化法制备CTS光吸收层薄膜，详细研究了前驱体溶液中硫元素与金属元素的比值（S/M）及退火温度对CTS薄膜性能的影响。研究发现：增加S/M的比值可以有效减少CTS薄膜中的孔洞和二次相，然而降低退火温度则有利于抑制Sn和S元素的过度损失。在S/M=6、退火温度为540℃条件下可以得到晶粒尺寸较大且表面平整的纯相CTS薄膜。所获得的纯相CTS薄膜在可见光区域具有明显的光吸收特性，带隙为~1.02 eV。

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西北师范大学研究生学位论文作者信息

第一章 绪论

1.1 太阳能电池的研究背景

1.2 薄膜太阳能电池

1.3 CTS材料的结构与性质

1.4 CTS电池的结构与性能

1.5 CTS太阳能电池基本参数

1.6 CTS薄膜的制备技术

1.7 溶液法制备CTS薄膜的优势及缺点

1.8 选题依据及研究思路

第二章 基于硫化法制备CTS薄膜及其太阳能电池性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 基于非硫化法制备CTS薄膜及其光学性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

附录:攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢