5　總結與展望

5.1　總結

CZTSe薄膜太陽能電池是一類非常有前途的新型高效太陽能電池，相比現有的其他太陽能電池具有原材料來源廣泛、制備工藝多樣等優點。本文采用SCAPS-1D軟件建立了CZTSe薄膜太陽能電池的模型，對CZTSe薄膜太陽能電池結構、材料特性及電池性能之間的關系進行了數值模擬；制備了CZTSe薄膜太陽能電池的電極IMO透明電極和吸收層CZTSe薄膜，并對這兩種關鍵材料進行了實驗研究。

本論文的主要研究內容和取得的主要結論如下：

（1）采用SCAPS-1D軟件建立了CZTSe薄膜太陽能電池的模型并進行了數值模擬，研究了不同參數對太陽能電池特性的影響。模擬結果表明理想條件下的CZTSe太陽能電池具有良好的性質，效率可達28%以上。禁帶寬度對CZTSe太陽能電池的效率有比較明顯的影響。在0.9～1.5eV區間，電池的效率隨禁帶寬度的增大而升高。CZTSe的吸收層厚度會影響電池的效率，在1～5μm厚度范圍內，電池的效率隨吸收層厚度增加而提高。相反的，增加CdS緩沖層的厚度會降低電池的效率。當工作溫度升高時，CZTSe電池開路電壓會明顯下降，進而效率降低。

（2）使用脈沖直流磁控濺射方法制備了用于CZTSe薄膜太陽能電池的IMO薄膜，并研究了不同襯底溫度（50～250℃）對薄膜特性的影響。實驗結果表明當襯底溫度升高時，薄膜的結晶度有所改善。在250℃的襯底溫度下薄膜獲得了最大遷移率53.9cm2/（V·s）在多數IMO薄膜中，雜質散射為主導的散射機制。多數IMO薄膜都在500～1000nm波長區間具有較高的透射率。IMO薄膜的光學帶隙在3.5eV以上，適合作為太陽能電池的TCO層。

（3）采用兩步法制備了CZTSe薄膜。首先使用共濺射的方法制備了CZT金屬前驅體，之后在管式爐中進行硒化。硒化壓強在1～4mbar區間調整以研究其對CZTSe薄膜性質的影響。實驗制備出的薄膜表面較為粗糙，晶粒大小不一，當硒化壓強增加時，薄膜表面更加致密緊致。薄膜中各組分的比例接近CZTSe的化學計量比。隨著硒化壓強的升高Cu/（Zn+Sn）的比例由0.82增加到1.04。所有的CZTSe樣品都呈現出P型導電性，遷移率在1 cm2/（V·s）的量級。測得薄膜中載流子濃度在1019～1020cm-3量級，大于其他文獻報道，可能是由于Cu2Se雜相存在導致的。經過KCN溶液刻蝕后，載流子濃度下降約一個數量級。經測試CZTSe的禁帶寬度為0.92eV。