低毒廉价的乙醇溶液法制备高效铜锌锡硫硒太阳能电池

This project deals with the fabrication of high efficiency Cu2ZnSn(S,Se)4 photovoltaic device using a harmfulless and inexpensive ethanol solution process. CZTSSe thin-film, with suitable direct band gaps and high absorption coefficient, low cost，earth-abundant and non-toxic, is one kind of the most promising next generation thin-film solar cell materials. Compared with vacuum deposition technology, solution process deposition technology has the obvious superiority in energy conversion efficiency and fabrication costs for CZTS solar cells. By changing the composition of the precursor solutions， an optimal ratio of metals will be achieved; by optimizing selenization conditions,such as changing the selenization temperature and the concentration of selenium vapor， the large densely packed grains thin films can be obtained. By optimizing the process conditions of CZTSSe solar cells, we aim to obtain the photoelectric conversion efficiency of more than 10%. The advantages of this project are as follows: 1. ethanol precursor solution is low toxicity,cheap, safe and has the application value; 2.this method has the higher photoelectric conversion efficiency than other non-hydrazide precursor solution process; 3. the method is simple, eco-friendly, and highly reproducible, which is easy to implement large-scale production.

本项目主要利用低毒廉价的乙醇溶液法来制备高效的铜锌锡硫硒 （CZTSSe）薄膜太阳能电池。CZTSSe薄膜具有合适的带隙和高吸光系数，并且原料价格低廉、丰产和无毒，是最有发展前景的下一代薄膜太阳能电池材料之一。对于CZTSSe太阳能电池，溶液法沉积技术比真空沉积技术在转换效率和制备成本上具有明显的优势。通过改变前驱体溶液的组成，实现CZTSSe吸光层的金属元素的最优配比。再通过改变硒化的温度和硒蒸汽浓度，获得大晶粒密堆积的CZTSSe吸光层。通过优化CZTSSe太阳能电池的工艺条件，努力获得10%以上的光电转换效率。本项目具有如下优点：1.乙醇前体溶液低毒廉价安全，并且有应用价值；2. 该方法比其他的非肼前体溶液法制备的太阳能电池具有更高的光电转换效率；3.该方法操作简单、环保、实验重现性高，易于实现大规模的生产。

在该青年基金的资助下，我们主要取得了如下几方面的成果：1. 利用乙醇溶液法制备了高效率的Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe)太阳能电池，进而研究了锑基化合物对吸光层晶体生长的促进作用，并且研究了ZnS前驱体溶液和Cu2SnS3纳米粒子混合的杂种溶液法来制备CZTSSe太阳能电池；2. 开发了巯基乙酸铵的水基溶液法来制备高效率的CZTSSe太阳能电池；3. 利用乙二硫醇溶液法制备了高效率的CZTSSe太阳能电池；4. 我们还研究了金属盐硫脲溶液法制备的预制膜的硒化工艺；5. 我们将研究CZTSSe太阳能电池的方法拓展到Cu(In,Ga)(S,Se)2（CIGSSe）太阳能电池的研究，研究了Al3+、Ni2+和Co2+离子掺杂对CISSe太阳能电池效率的影响，并且利用CIGS的纳米晶和前驱体溶液共混的杂种溶液法制备了高效率的CIGSSe太阳能电池。. 在该青年基金的资助下，我们共发表了与该项目有关的高水平SCI论文12篇，1篇Green Chem.，一篇Chem. Mater.，4篇ACS Appl. Mater. Interfaces，1篇Cryst. Growth Des.，1篇Sol. Energy Mater. Sol. Cells，2篇J. Alloys Compd.，1篇RSC Adv.，1篇New J. Chem.，所有发表论文的影响因子都大于3。