铜锌锡硫硒薄膜吸收层的金属有机溶液旋涂法制备及其光电性能研究

基本信息
批准号:11564027
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:46.00
负责人:朱成军
学科分类:
依托单位:内蒙古大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李蓉萍,尚涛,吕笑公,范文亮,刘倩,郝岩云,张旭,李静,张廷嘉
关键词:
光电特性金属有机溶液旋涂法薄膜太阳电池铜锌锡硫硒薄膜半导体材料
结项摘要

In recent years, low toxic, cheap copper-zinc-tin-chalcogenide (herein denoted as CZTSSe) become a research hotspot of the next generation thin film solar cells with low cost and high efficiency, because of its near-optimum direct bandgap, high absorption coefficient, and friendly environment, naturally abundant elemental constituents. Contraposing that the conventional preparation methods of CZTSSe involve toxic hydrazine solvent, and nanocrystalline particles (nano-ink coating method) in the subsequent secondary growth, and composition segregation and uncontrollable phase structure in selenization process, the project proposes the controlled synthesis of Cu2ZnSnS4 (CZTS) precursor film by a low cost, low-toxicity and non-vacuum based metal-organic solution process , and the preparation of CZTSSe absorption layer obtained directly by high temperature selenization of the CZTS precursor film.The influence of the preparation process conditions on the composition, phase structure and microstructure of CZTSSe film is systematically studied, the factors affecting the photoelectric and transport properties of CZTSSe film and its devices are also analyzed,and the impact of the composition, phase structure, microstructure, interface and surface phase behavior and high temperature passivation mechanism of the film on the perfor-mance of CZTSSe solar cell are also discussed in order to optimize the preparation process conditions, and to reveal the mechanism of photoelectric properties. This can offer technical support and theoretical basis for development and application of CZTSSe thin film solar cells.

低毒廉价的Cu-Zn-Sn-硫族化物,简称CZTSSe因其直接带隙与太阳辐射匹配性好、光吸收系数高和环境友好等优点, 近年来成为下一代高效低成本太阳电池研究热点。针对常规CZTSSe制备方法中存在有毒的肼溶剂和纳米晶颗粒(纳米墨汁涂覆法)在后续硒化处理中的二次生长及组分偏析和薄膜相结构不易控制的问题,本项目拟采用一种非真空、低成本无毒的金属有机前驱体溶液旋涂法制备成分可控的Cu2ZnSnS4(CZTS)前驱膜,并利用高温硒化工艺从有机前驱体膜直接生长成大尺度晶体CZTSSe吸收层。系统地研究其制备工艺参数对CZTSSe薄膜成分、相结构、微结构影响;同时,分析影响CZTSSe薄膜及其太阳电池光电和输运性能的因素,并探索其成分、相结构、微结构、界面表面相行为及高温钝化机制对太阳电池性能的影响,从而优化工艺条件,揭示其光电特性机理。以便为CZTSSe薄膜电池的研发和应用提供技术支持和理论依据。

项目摘要

低毒廉价的Cu-Zn-Sn-硫族化物作为太阳能电池的关键材料,其光电特性直接影响器件的性能与应用。本项目采用非真空的溶液法制备出了CZTS金属有机前驱体溶液,利用旋涂后硒化工艺制备CZTSSe薄膜吸收层,并同时采用等价阳离子替代方案制备了Ge、Cd和Mg元素部分替代的CZTSSe吸收层,对CZTSSe及其掺杂的CZTSSe吸收层的光电特性进行了深入的实验研究和理论分析。探讨了影响吸收层光电和输运性能的因素,揭示其光电特性机理。通过调节制备工艺能够获得最佳光电性能的CZTSSe薄膜样品,其太阳能电池器件转换效率PEC达到了6.64%。通过等价阳离子掺杂,如Ge对Sn、Cd或Mg元素对Zn的部分替代,能够调节CZTSSe的光学带隙,减少CuZn等缺陷形成,从而提高载流子迁移率,提高薄膜的质量,进而改善薄膜的导电性能和光电特性。其中Mg的微量掺杂能够降低薄膜的表面粗糙度,提高薄膜的表面电流,改善薄膜的电学性能,提高电池器件的光电性能。制备出的Mg掺杂的CZMTSSe的薄膜太阳电池PEC达到了7.76%,相对于未掺杂Mg的CZTSSe薄膜太阳电池的PEC(6.64%)提高了16.9%。此研究为太阳电池吸收层材料的开发与设计提供了新思路,也为进一步CZTSSe薄膜电池的研发和应用提供技术支持和理论依据。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

城市轨道交通车站火灾情况下客流疏散能力评价

城市轨道交通车站火灾情况下客流疏散能力评价

DOI:
发表时间:2015
5

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.04.015
发表时间:2019

相似国自然基金

1

硒化助剂的添加改善铜锌锡硫硒吸光层的微结构和光电性能研究

批准号:51502302
批准年份:2015
负责人:崔勇
学科分类:E02
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

非真空纳晶液相法制备铜锌锡硫薄膜及其光电性能研究

批准号:21403155
批准年份:2014
负责人:孙玉绣
学科分类:B0505
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

SnS2引入改善铜锌锡硫硒吸收层结晶性

批准号:51802081
批准年份:2018
负责人:齐亚芳
学科分类:E0207
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
4

铜锌锡硫薄膜太阳电池材料及新型窗口层的制备和光电特性研究

批准号:61176127
批准年份:2011
负责人:郝瑞亭
学科分类:F0403
资助金额:72.00
项目类别:面上项目