基于低成本、带隙可调的Cu2ZnSnSxSe4-x薄膜太阳电池研究

Cu2InGaSe2 (CIGS)薄膜太阳电池具有高效、可大规模工业化生产等优点，被誉为最有前途的太阳电池之一，但CIGS材料涉及多种贵重金属，特别是较稀缺材料铟，制约了其进一步发展。本项目提出一种基于环境友好、来源丰富的Cu2ZnSnSxSe4-x纳米晶（硫/硒比例可调，0≤x≤4）薄膜为光吸收层的太阳电池结构，重点研究高质量、化学计量比精确可控的Cu2ZnSnSxSe4-x纳米晶制备及形成机理，纳米晶组分、结构、大小等参数控制；衬底上大面积Cu2ZnSnSxSe4-x纳米晶薄膜的组装及生长机理，纳米晶薄膜吸收光谱与太阳光谱匹配性；Cu2ZnSnSxSe4-x薄膜太阳电池原型器件的优化设计与制备，多层结构的界面问题、光电转换机制、模拟与优化设计等关键问题。

本项目研究了阴离子可调的SnSSe纳米晶、阳离子可调的PbSnS/PbSnSe纳米晶、禁带宽度可调的五元Cu2ZnSnSxSe4-x(CZTSSe)纳米晶。用实验方法和第一原理理论计算系统研究了其结构和电子性质。通过改变CZTSSe纳米晶的硫硒比例来调节禁带宽度。研究了CZTSSe薄膜涂层方法及生长机理。优化设计并制备了典型结构的CZTSSe薄膜太阳电池原型器件（SLG/Mo/CZTSSe/CdS/i-ZnO/ITO)。初步研究了CZTSSe薄膜太阳电池的界面问题。