共蒸发法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜的研究

利用真空蒸镀技术共蒸发Cu,Zn,Sn金属丝在玻璃衬底上制备前驱体Cu-Zn-Sn(CZT),并采用高温硫化金属前驱体的方法制备Cu2Zn Sn S4(CZTS)薄膜。本文采用X射线衍射和扫描电子显微镜对薄膜进行表征,探究前驱体的蒸镀条件以及硫化温度对薄膜生长情况的影响,结果表明:溅射Mo作为缓冲层有利于Zn原子的沉积;硫化温度为500℃时,薄膜的结晶度较好,能够生成单一的CZTS薄膜;气压越低越有利于形成优质薄膜;衬底温度升高为220℃时,薄膜的结晶度有所提高,有利于抑制杂质的生成;等离子体的辅助可以提高薄膜的结晶质量。     

硫化时间对固态硫化铜锌锡硫薄膜性能的影响

采用固态硫化法硫化铜锡锌(CZT)预制膜制备铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4,CZTS)薄膜,研究硫化时间对CZTS薄膜性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和紫外拉曼光谱仪(Raman)分析薄膜的物相结构,通过X射线能谱仪(EDS)分析薄膜的化学组分,采用扫描电镜(SEM)观察薄膜的表面形貌,利用UV-Vis研究薄膜的光学特性。结果表明:随着硫化时间延长,Cu含量增加,Zn含量明显减少。硫化40min以上制备的薄膜出现导致禁带宽度减小的杂相SnS,Sn2S3和Cu_2SnS_3。当硫化时间为20min时,样品为单相的CZTS薄膜,薄膜表面均匀平整,化学组分贫Cu富Sn,吸收系数达104cm-1,禁带宽度Eg约为1.56eV。     

硫化温度对铜锌锡硫薄膜特性的影响

采用预制膜硫化法制备铜锌锡硫(CZTS)薄膜,分别在350,400,450,500,550℃进行硫化,研究了硫化温度对薄膜特性的影响。结果表明:硫化温度低于400℃时硫化反应基本上不发生,主要发生Cu6Sn5和Cu5Zn8两相中元素相互扩散的合金化过程,只有少量硫化物Sn3S4和ZnS生成;硫化温度为450℃时,合金相消失,硫化后的薄膜同时含有CZTS和SnS;硫化温度为500℃时薄膜的主要组成相为CZTS,其晶粒尺寸达2μm,但表面粗糙;硫化温度为550℃薄膜中CZTS晶粒尺寸约为2μm,表面平整。     

温度对Cu_2S薄膜结构及光学特性的影响

以CuCl_2·2H_2O和(NH_2)_2CS为前驱体,三乙醇胺为络合剂,利用化学浴沉积法于25℃到60℃务件下反应30min在玻璃衬底上沉积Cu_2S薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)及紫外可见近红外分光光度计对样品的结构和光学特性进行研究。XRD结果显示所制备的薄膜为单斜晶相的Cu_2S,且沉积温度为40℃时所得薄膜结晶度最好。与Cu_2S本体相比,所制备的Cu_2S薄膜带隙出现不同程度的蓝移。结果表明,沉积温度对薄膜的结晶度、表面形貌以及光学性质有很大的影响。     

H2S气氛下硫化温度对Cu2ZnSnS4薄膜性能影响的研究

用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积Zn/Sn/Cu预置层,然后再在H2S气氛下将其硫化制成Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。研究了不同硫化温度(460,500,540和580℃)对CZTS薄膜性能的影响。采用X射线衍射、Raman、扫描电镜、能量色散谱和紫外-可见-近红外分光光度计表征薄膜的物相、表面形貌和光学性能。结果表明,在不同硫化温度下都成功制备了CZTS薄膜。当硫化温度为540℃时,制备的薄膜晶粒达到2μm,结晶性最好,表面致密光滑,而且它的吸收系数大于7×104cm-1,禁带宽度为1.49 e V。硫化温度较低(460℃)时,含有Cu2-xS杂质相,表面存在孔洞。而硫化温度较高(580℃)时,晶界处会产生微裂纹。     

周期性前驱体的预硫化处理对Cu2ZnSnS4薄膜的影响EI北大核心CSCD

Cu2ZnSnS4薄膜具有组成元素来源丰富、吸收系数高等优点,是理想的薄膜太阳能电池吸收层材料。采用磁控溅射法沉积周期性金属叠层前驱体,再进行两步硫化处理制备出Cu2ZnSnS4薄膜,分析第一步硫化(即预硫化)对Cu2ZnSnS4薄膜特性的影响。结果表明,预硫化处理可促进前驱体的硫化反应。经过预硫化处理的Cu2ZnSnS4薄膜的结晶度优于未进行预硫化处理的Cu2ZnSnS4薄膜。当预硫化温度为350℃时,增加预硫化时间有利于硫化反应的进行,并抑制Sn元素损失,但过长的预硫化时间导致Cu2ZnSnS4薄膜中易出现二次相,影响薄膜的特性。预硫化温度350℃、预硫化时间10 min的Cu2ZnSnS4薄膜结晶度最优,薄膜组分具有贫Cu、富Zn特性,且薄膜表面无孔隙。     

电化学沉积法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜电池

采用简单的两电极电化学沉积金属薄膜技术,在镀钼的钠钙玻璃衬底上共沉积Cu-Sn层后,再沉积Zn金属层,制备出Cu-Sn-Zn金属预制层。在不同的温度下进行低温退火后,以硫粉作为硫源高温硫化金属预制层,制备出晶体质量较好的Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)对薄膜的晶体结构、表面形貌和薄膜组分进行分析表征,发现共沉积Cu-Sn层,再沉积Zn金属层得到的CZT预制层表面平整但晶粒尺寸较小,经过退火处理后晶粒尺寸得到改善,且硫化后所得到的CZTS薄膜不易从Mo衬底上脱落,粘附性较强。用其制备的CZTS薄膜太阳电池的开路电压Voc=569mV,短路电流密度Jsc=8.58mA/cm2,光电转换效率为1.40%。     

Cu2ZnSnS4薄膜光电性能及其太阳电池的制备和研究

采用硫化Zn/Sn/Cu金属多层膜的方法制备了太阳电池吸收层用的Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、紫外-可见近红外分光光度计、扫描电镜、能谱仪及数字源表等对薄膜进行了一系列的表征。结果表明制备的CZTS薄膜没有杂相存在并具有标准拉曼峰。薄膜在可见光范围内的吸收系数>104cm-1,同时其光学带隙接近1.5eV。CZTS薄膜具有均匀致密的表面形貌,薄膜元素比例非常接近标准化学计量比。此外,CZTS薄膜呈现显著的光电流响应性能,其光电流的激发和衰减时间分别为0.0736和0.2646s。     

N掺杂Cu2O薄膜的低温沉积及快速热退火研究

采用氧化亚铜(Cu_2O)陶瓷靶,利用射频磁控溅射沉积法在氮气和氩气的混合气氛下制备了N掺杂Cu_2O(Cu_2O∶N)薄膜,并在N_2气氛下对薄膜进行了快速热退火处理,研究了N_2流量和退火温度对Cu_2O∶N薄膜的生长行为、物相结构、表面形貌及光电性能的影响。结果显示,在衬底温度300℃、N_2流量12sccm条件下生长的薄膜为纯相Cu_2O薄膜;在N_2气氛下对预沉积薄膜进行快速热退火处理不影响薄膜的物相结构,薄膜的结晶质量随退火温度(450℃)的升高而显著改善;快速热退火处理能改善薄膜的结晶质量和缺陷,降低光生载流子的散射,增强载流子的传输,预沉积Cu_2O∶N薄膜经400℃退火处理后展示出较好的电性能,薄膜的霍尔迁移率(μ)为27.8cm~2·V~(-1)·s~(-1)、电阻率(ρ)为2.47×10~3Ω·cm。研究表明低温溅射沉积和快速热退火处理能有效改善Cu_2O∶N薄膜的光电性能。     

溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池吸收层

以金属盐氯化铜、氯化锌、氯化锡为原料,单乙醇胺和乙二醇甲醚作为溶剂,采用溶胶-凝胶法结合旋涂技术获得前驱体薄膜,分别经120℃和300℃的热板干燥后,在双温区管式炉中,于硫蒸气下硫化制备Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等一系列测试设备对样品的结构、各组分的含量、表面形貌和光带隙进行表征分析。研究结果表明,CZTS前驱体薄膜在120℃的热板上干燥后,再经500℃硫化可制备出纯净的CZTS薄膜,禁带宽度接近1.52eV。     

Na2S2O3浓度对共电沉积制备Cu2ZnSnS4薄膜性能的影响

采用电化学沉积的方法在SnO2透明导电玻璃基底上沉积Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜,在氮气保护下对其进行进一步硫化,研究了溶液中不同Na2S2O3浓度对沉积薄膜性质的影响。运用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见光分光光度计和拉曼光谱等手段分别对薄膜进行表征。实验结果表明:随着浓度的增加,薄膜的结构和光学特性逐渐变好。当Na2S2O3的浓度为0.11 mol/L时,制得理想的具有类黝锡矿结构的CZTS薄膜,光学带隙1.51 eV。     

一维导电掺锑氧化锡粉体的制备和表征

为了探究一维导电掺锑氧化锡的制备条件,分别以SnCl_4·5H_2O和SbCl_3为Sn源和Sb源,以NaOH为沉淀剂,添加Na_2SiO_3·9H_2O和Na Cl作为烧结助剂制备掺锑氧化锡(ATO)纳米棒,研究前驱体反应条件对ATO形貌和结构的影响;在硅酸铝纤维表面沉积ATO前驱体并高温焙烧制备导电纤维,研究不同煅烧温度对ATO沉积硅酸铝导电纤维导电性能的影响。结果表明:在Na_2SiO_3·9H_2O与Na Cl的协同作用下,高温焙烧后可制备形貌规则、晶型良好的ATO纳米棒;当焙烧温度为900℃时,导电纤维的导电性最佳。     

超声喷雾法制备SnO_2∶Sb电热薄膜结构和电学性能

以SnCl_4·5H_2O和SbCl_3为原料,无水乙醇作溶剂,溶胶-凝胶法制备SnO_2∶Sb(ATO)薄膜的前驱体溶液,再用超声喷雾热解法制得薄膜,并用包括四探针测试仪及热功率测试设备等在内的方法对样品进行表征。结果表明:超声喷雾热解法可制备表面平整的ATO薄膜;Sb元素的掺杂并未改变SnO_2的晶体结构,且随着沉积温度的增加,薄膜的结晶度提高;当沉积温度为500℃,Sb掺量为1.5at.%,c(Sn)=0.8mol/L时方块电阻最小,为105Ω/?,施加220V电压最高加热温度达到213℃。     

化学浴法Cu2S纳米晶薄膜的制备及其光学特性研究

利用化学浴沉积法,以EDTA为络合剂,CuSO4·5H2O和Na2S2O3为前驱体溶液制备了硫化亚铜纳米薄膜,用FESEM、XRD、光学显微镜研究了前驱体浓度、络合剂的浓度、溶液的pH值、反应温度等因素对硫化亚铜纳米薄膜的表面形貌、晶粒大小与晶体结构的影响.结果表明,在最佳的生长条件下可以制备晶粒匀一、结构致密的硫化亚铜纳米薄膜,紫外可见吸收光谱表明硫化亚铜薄膜具有一定的透光性,并对红外光有很好屏蔽的作用.     

阳离子部分取代Cu2ZnSnS4的研究进展

P型半导体Cu_2ZnSnS_4(CZTS)由于具有最佳的直接带隙(1.0~1.5eV)、高的光吸收系数(超过104 cm~(-1))以及丰富、无毒的元素组成,使其成为商业化低成本太阳能电池最有希望的候选材料之一。然而,材料本身的一些缺陷制约了CZTS薄膜太阳能电池效率的提高。为了提高CZTS薄膜太阳能电池的效率,研究者们使用其他阳离子部分取代Cu、Zn或Sn来改善CZTS的缺陷。从CZTS的3种不同取代位置出发,综述了近年来各种阳离子部分取代CZTS的研究进展,同时对阳离子部分取代CZTS材料的发展前景进行了展望。     

溶剂的溶解度对CZTS颗粒性能影响的研究

通过溶剂热法,以含有PVP的醇类作溶剂,以CuCl_2·2H_2O、Zn(Ac)_2·2H_2O、SnCl_4·5H_2O作金属源,硫脲作硫源,在一定条件下反应,通过XRD、Raman、SEM、EDS、TEM、UV-Vis以及电化学分析系统研究醇类溶剂溶解度对CZTS颗粒的物相、结构、形貌以及光电性能的影响。结果表明:所选溶剂溶解度不同,对得到的CZTS颗粒的结晶性、形貌、原子比以及光电性能均有相应的影响;当选择溶解度为32.1的乙二醇作溶剂时,合成的颗粒结晶性较好,颗粒形貌为表面嵌有薄片的微球,颗粒表面缺陷形态为贫铜富锌结构,光学带隙为1.47 e V,与太阳能电池所需的最佳带隙接近,薄膜电阻率为45.86Ω·m。     

二甲基二氯化锡前驱体CVD制备SnO2∶F薄膜及其性能研究

采用二甲基二氯化锡(DMTC)为新前驱体,通过常压CVD法在硼硅玻璃基板上制备SnO_2∶F透明导电薄膜,研究了DMTC、TFA和H_2O的含量对薄膜结构及光电性能的影响,研究表明当F/Sn物质的量比为1∶1、H2O/Sn物质的量比为3∶2时,制备出可见光透过率84.17%、方块电阻9.2Ω/□且结晶性能良好的多晶SnO_2薄膜。通过与单丁基三氯化锡(MBTC)为前驱体所制备薄膜的性能进行比较,结果表明,两种前驱体所制备薄膜均具有四方金红石结构,利用DMTC不仅可以制备出与MBTC性能相近的薄膜,同时薄膜表面更加均匀。     

Cu2 ZnSn(SSe)4薄膜的制备及其性能研究

通过不同液相前驱体合成了Cu_2ZnSn(SSe)_4(CZTSSe)薄膜,采用XRD、SEM等手段进行表征,结果表明,前驱体中Zn源的活性直接影响到最终生成CZTSSe晶体材料的性能;通过肼、S粉和Zn粉提供的Zn源不容易形成晶核,发生反应所需反应温度较高,但是容易形成大的晶型,制备的CZTSSe晶体能量转化率为6.21%;而通过干冰、N_2H_4和Zn粉提供的Zn源容易形成晶核,但其后续晶体长大的反应进行比较困难,不容易形成大的晶型,制备的CZTSSe晶体能量转化率只有5.50%。揭示了不同Zn前驱体对CZTSSe薄膜结构、晶体尺寸以及转化率的影响,并对机理进行了初步探讨。     

合成Cu_2ZnSnS_4薄膜四元共电沉积机理与退火相转变

采用循环伏安法研究了制备CZTS薄膜四元预制层的电化学沉积机理。结合XRD,SEM,EDS和Raman技术分析预制层退火的相转变机制。结果表明:溶液中Cu2+和Sn2+浓度不仅影响其本身的沉积速率,还影响溶液中其他金属元素的沉积速率,而Zn2+浓度仅影响其本身沉积速率。四元预制层的沉积以原子层外延为机理,在负电位作用下,Cu2+先转变为Cu原子沉积在衬底表面,且与衬底附近析出的S原子发生化学反应,在衬底上生成CuS,同样,SnS和ZnS也以这种方式交替沉积在衬底上。预制层二元硫化物随着退火温度的升高逐渐转变为Cu2(3)SnS3(4)和Cu2ZnSnS4。利用四元共电沉积预制层550℃退火1h合成的Cu2ZnSnS4薄膜原子比为Cu∶Zn∶Sn∶S=23.72∶12.22∶13.07∶50.99。无偏压下合成的CZTS薄膜光电流达到约6nA。     

化学溶液沉积法La2CuMnO6缓冲层薄膜的制备与结构表征

根据镧、铜及锰盐在不同溶剂中的溶解性,选择合适的溶剂及镧、铜及锰盐为前驱体,配制成前驱溶液进行润湿性、稳定性及不同衬底热处理实验,成功筛选出制备La2CuMnO6(LCMO)缓冲层薄膜的前驱体,利用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对化学溶液沉积法(CSD)合成的La2CuMnO6薄膜的相组成和形貌结构进行了表征。结果表明,选择合适的前驱体(La(CH3COO)3·1.5H2O、Cu(CH3COO)2·1.0H2O、Mn(CH3COO)2·4.0H2O)及SrTiO3(STO)(100)衬底,在1000℃、保温时间3h、空气气氛及总离子浓度为1.0mol/L工艺条件下制备的La2CuMnO6薄膜具有很好的c轴织构,薄膜表面较平整、均匀、无裂纹、无孔洞,分布均匀且排列致密,完全满足缓冲层对薄膜的要求。