CZTS薄膜制備的研究進展

摘 要:Cu2ZnSnS4(CZTS)具有與太陽光譜非常匹配的禁帶寬度以及高的吸收系數，這使得CZTS薄膜成為一種最具潛力的新型太陽能電池薄膜吸收層材料。因此研究和完善CZTS薄膜的制備技術并提高薄膜質量及性能成為重要的研究課題。本文主要介紹四種CZTS薄膜的制備方法:磁控濺射、共蒸發、混合濺射、電子束蒸發硫化法。

關鍵詞:CZTS薄膜太陽能電池

中圖分類號:TK51文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0001-02

1 引言

理想的太陽能電池吸收層材料應該具備能帶結構為直接帶隙且帶隙為1.3～1.5eV、來源豐富、價格便宜和無毒無害的特點。Cu2ZnSnS4(CZTS)的禁帶寬度為1.4～1.5ev，而且其吸收系數大于104cm-1。CZTS的優勢在于它的價格比較低廉，幾乎無毒，而且其組成元素在地殼中的含量是比較豐富的1～3，這意味著CZTS是一種極具商業價值的太陽能電池材料。而且，目前CZTS的制備研究已經受到很大關注，CZTS薄膜和相關太陽能電池原型器件的研究成果不斷地出現。

目前制備CZTS薄膜的實驗方法主要有磁控濺射、混合濺射、熱蒸發、電沉積、脈沖激光沉積、電子束蒸發硫化法等。以下簡要闡述四種CZTS薄膜的制備方法及實驗結果:磁控濺射、共蒸發、混合濺射、電子束蒸發硫化法。

2 CZTS薄膜制備方法

2.1 磁控濺射(magnetron sputtering)

(1)反應磁控共濺射(reactive magnetron co-sputtering)

Liu等4采用Cu/Zn/Sn為金屬前軀體，在鈉鈣玻璃襯底上生長CZTS薄膜。濺射過程中通入純度為98.0%的H2S氣體，流量為40sccm，壓強為1Pa，襯底溫度為500℃，鍍膜時間30min。通過EDS測試，原子百分比為:Cu 24.69%，Zn13.16%，Sn12.09%，S50.05%。Raman和XRD分析表明，單相CZTS薄膜結晶良好且沿在(112)晶面有很強的擇優取向。薄膜由較大的柱狀晶粒構成，并具有均勻、致密的表面形貌。……