摘要

CZTSe（Cu2ZnSnS4）薄膜太陽能電池是一種極具潛力、適合大規模應用的新型太陽能電池。CZTSe材料具有組成成分成本低、吸收系數高、直接帶隙、生產工藝多樣等優點。本論文主要開展了以下研究：

首先，采用SCAPS-1D建立了CZTSe薄膜電池的模型并對其輸出特性進行了數值模擬，研究了CZTSe禁帶寬度、CZTSe吸收層和CdS緩沖層厚度、工作溫度以及寄生電阻對CZTSe太陽能電池的影響，為優化電池結構提供了理論依據。

然后，采用脈沖直流磁控濺射的方法在玻璃襯底上制備了用于太陽能電池窗口TCO（透明導電氧化物）層的IMO（In2O3：Mo）薄膜，研究了襯底溫度對IMO薄膜性能的影響。實驗制備出的IMO為方鐵錳礦立方結構；在250℃的襯底溫度下獲得的最大遷移率為53.9cm2V-1s-1；在較高襯底溫度下制備的IMO薄膜具備較高的透射率；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。

最后，采用濺射后硒化的兩步法工藝制備了CZTSe薄膜，即先采用共濺射方法制備CuZnSn金屬前驅體，之后在管式爐中進行硒化。硒化壓強在1～4 mbar區間進行調整以研究其對CZTSe薄膜性質的影響。XRD測試結果證實了CZTSe的存在，EDS測試結果表明薄膜的組分接近CZTSe的化學計量比。實驗制備出的薄膜表面較為粗糙，晶粒大小不一。所有的CZTSe樣品都呈現出P型導電性，遷移率在1cm2V-1s-1的量級。測得薄膜中載流子濃度在1019～1020cm-3量級，電阻率在10-2Ω·cm量級。經過KCN溶液刻蝕后，載流子濃度下降約一個數量級。經測試并計算得到CZTSe的禁帶寬度為0.92eV。

關鍵詞：薄膜太陽能電池；SCAPS-1D數值模擬；CZTSe；IMO