高效率Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池电化学共沉积制备及性能研究
高效率Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池电化学共沉积制备及性能研究【摘要】:锌黄锡矿结构的铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4, CZTS)薄膜材料所含元素无毒且地球上含量丰富,其理论极
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM914.42
【目录】:
- 摘要6-10
- Abstract10-18
- 第一章 绪论18-42
- 1.1 引言18-19
- 1.2 太阳能电池简介19-23
- 1.2.1 太阳能电池基本工作原理和主要技术参数19-22
- 1.2.2 太阳能电池发展概况22-23
- 1.3 太阳能电池分类23-26
- 1.3.1 硅基太阳能电池23-24
- 1.3.2 化合物半导体太阳能电池24-26
- 1.4 Cu_2ZnSnS_4材料的物理化学特性26-30
- 1.4.1 Cu_2ZnSnS_4晶体结构分析26-27
- 1.4.2 Cu_2ZnSnS_4成相分析27-28
- 1.4.3 Cu_2ZnSnS_4缺陷分析28-29
- 1.4.4 Cu_2ZnSnS_4能带结构分析29-30
- 1.5 Cu_2ZnSnS_4薄膜制备和电池研究现状30-33
- 1.5.1 热蒸发法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池30-31
- 1.5.2 溅射法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池31
- 1.5.3 电化学法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池31-32
- 1.5.4 纳米粒子油墨法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池32-33
- 1.5.5 肼溶液法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池33
- 1.6 研究意义和研究内容33-36
- 参考文献36-42
- 第二章 实验方法42-50
- 2.1 实验试剂42
- 2.2 实验设备42-43
- 2.3 实验检测仪器43-44
- 2.4 Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池器件制备工艺44-48
- 2.4.1 溅射法制备Mo背电极44-45
- 2.4.2 电共沉积制备Cu_2ZnSnS_4薄膜45-46
- 2.4.3 磁控溅射制备CdS缓冲层46-47
- 2.4.4 磁控溅射制备本征氧化锌(i-ZnO)和低阻氧化锌(ZnO:Al)47-48
- 参考文献48-50
- 第三章 硫化退火温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池性能研究50-76
- 3.1 引言50-51
- 3.2 实验方案51-52
- 3.3 在ITO电极上电共沉积生长四元Cu-Zn-Sn-S前驱体薄膜52-55
- 3.4 H_2S气氛下硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜及其电池器件性能的影响55-65
- 3.4.1 硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜组分的影响55-56
- 3.4.2 硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜物相的影响56-59
- 3.4.3 硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜形貌的影响59-61
- 3.4.4 硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜禁带宽度的影响61-62
- 3.4.5 硫化温度对ITO电极表面电阻的影响62-63
- 3.4.6 ITO玻璃衬底上Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池J-V性能的影响63-65
- 3.5 S气氛下硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜及其电池器件性能的影响65-70
- 3.5.1 硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜组分的影响65-66
- 3.5.2 硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜物相的影响66-68
- 3.5.3 硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜表面形貌的影响68-69
- 3.5.4 硫化温度对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池J-V性能的影响69-70
- 3.6 本章小结70-72
- 参考文献72-76
- 第四章 电沉积工艺对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池性能研究76-102
- 4.1 引言76-77
- 4.2 实验方案77-78
- 4.3 在Mo电极上电共沉积生长四元Cu-Zn-Sn-S前驱体薄膜78-80
- 4.4 沉积电位对Cu_2ZnSnS_4薄膜及其电池器件性能的影响80-86
- 4.4.1 沉积电位对Cu_2ZnSnS_4薄膜成分的影响80-81
- 4.4.2 沉积电位对Cu_2ZnSnS_4薄膜结构的影响81-83
- 4.4.3 沉积电位对Cu_2ZnSnS_4薄膜形貌的影响83-84
- 4.4.4 沉积电位对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池J-V性能的影响84-86
- 4.5 沉积时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜及其电池器件性能的影响86-97
- 4.5.1 沉积时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜组分的影响86-87
- 4.5.2 沉积时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜结构的影响87-89
- 4.5.3 沉积时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜形貌的影响89-91
- 4.5.4 沉积时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池J-V性能的影响91-96
- 4.5.5 沉积时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池EQE性能的影响96-97
- 4.6 本章小结97-99
- 参考文献99-102
- 第五章 金属离子浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池性能研究102-132
- 5.1 引言102-103
- 5.2 实验方案103-104
- 5.3 Cu~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜及其电池器件性能的影响104-116
- 5.3.1 Cu~(2+)浓度对电共沉积四元Cu-Zn-Sn-S前驱体的生长机理的影响104-105
- 5.3.2 Cu~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜组分的影响105-107
- 5.3.3 Cu~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜结构的影响107-110
- 5.3.4 Cu~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜的元素价态分析(XPS)110-111
- 5.3.5 Cu~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜形貌的影响111-113
- 5.3.6 Cu~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池J-V性能的影响113-114
- 5.3.7 Cu~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池EQE性能的影响114-116
- 5.4 Zn~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜及其电池器件性能的影响116-126
- 5.4.1 Zn~(2+)浓度对四元Cu-Zn-Sn-S前驱体电共沉积生长机理的影响116-118
- 5.4.2 Zn~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜成分的影响118-119
- 5.4.3 Zn~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜结构的影响119-122
- 5.4.4 Zn~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜形貌的影响122-124
- 5.4.5 Zn~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池J-V性能的影响124-125
- 5.4.6 Zn~(2+)浓度对Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池EQE性能的影响125-126
- 5.5 本章小结126-128
- 参考文献128-132
- 第六章 总结与展望132-136
- 6.1 总结132-135
- 6.2 展望135-136
- 附录Ⅰ 攻读博士学位期间科研成果清单及奖励136-144
- 附录Ⅱ 致谢144-145
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