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由于具有原料丰富、无毒、带隙可调、吸收系数高(约104cm-1)等优点,Cu2ZnSnS4(CZTS)化合物薄膜成为最有潜力的太阳电池吸收层材料之一。然而,目前CZTS电池的实际效率(约12%)和理论值(32.3%)之间仍有较大差距,没有掌握纯相、高质量薄膜的制备技术是根本原因。因此,揭示高质量CZTS薄膜的制备机理,探索工艺参数、微观结构和性能之间的关系尤为重要。电沉积法作为一种传统的工艺,具有低成本、低工作温度(室温)、工艺简单、可大面积成膜的优点。在本论文中,我们采用逐层电沉积法制备了Mo/Cu/Sn/Zn前驱物,通过硫化热处理获得了纯相CZTS薄膜,阐明了电化学沉积的动力学过程和前驱物微观结构的变化规律,揭示了各金属的沉积机理,探讨了硫化热处理工艺参数对CZTS薄膜微观结构的影响,揭示出硫化机理。主要内容和结论如下:1.以硫酸铜(CuSO4)和柠檬酸三钠(C6H5Na3O7)为体系,在Mo衬底上合成了厚度约为250 nm的致密Cu膜。利用电化学工作站测量电沉积过程的循环伏安曲线、极化曲线和暂态电流-时间曲线,利用XRD、SEM等表征薄膜的结构,发现Cu在电沉积过程中液相扩散为其速率的主要控制步骤,Cu的成核生长符合三维生长模式。依据Scharifker-Hills模型,Cu的沉积机理属于瞬时成核。电极电势、主盐硫酸铜和有机添加剂PEG-6000的浓度影响Cu膜的微观结构。2.以硫酸亚锡(SnSO4)和柠檬酸三钠(C6H5Na3O7)为电解质溶液在Mo/Cu薄膜上成功地沉积了Sn膜。Sn在电沉积过程中液相扩散为其速率的主要控制步骤。基于Scharifker-Hills模型和微观结构分析,Sn的沉积机理是瞬时成核,薄膜的形成包括核的产生、融合、晶化和致密化过程。电极电势和主盐硫酸亚锡的浓度影响Sn膜的微观结构。3.以氯化锌(ZnCl2)、氯化钾(KCl)和硼酸(H3BO3)为原料在Mo衬底上合成了致密的Zn膜。Zn的成核增长过程符合3D扩散动力学,根据Scharifker-Hills模型,成核机理与主盐ZnCl2浓度和有机添加剂PEG-6000有关,有机添加剂的加入没有影响锌离子和氯离子的络合,但改变Zn的结晶取向,使其沉积机理由连续向瞬时成核转变。4.利用上述制备Cu、Sn和Zn膜的优化条件在Mo衬底上逐层电沉积形成了Mo/Cu/Sn/Zn前驱物,硫化热处理获得了纯相CZTS。热处理温度和金属元素比例影响CZTS薄膜的物相。随着热处理温度的升高,前驱物先形成二元金属硫化物,再形成CuSn2S3相,最后和ZnS形成CZTS。XRD和Raman谱表明获得了CZTS纯相薄膜。