三元共沉积原理

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1、2 实验2.1 CZTS 吸收准备有报道称czt （铜，锌，锡）合金，由铜的硫酸盐，硫酸锌，锡（I）硫酸和柠檬 酸三钠共沉积制成。沉积电位模式进行，使用的铂电极，饱和甘汞电极（SCE），（0.24V与SHE）的参比电极和钼涂层（800纳米）的苏打石灰玻璃电极的三个 电极电池工作电极的的面积为1平方公分 电势变化从-1.2到-1.25 V（vs. SCE） 处通过电化学工作站CHI660B。体积约250立方厘米的电池被放置在恒温水浴 控制温度。作为最后的CZTS薄膜厚度往往三倍于前驱体报道7，我们进行了 两个小时的沉积沉积500纳米CuZnSn薄膜,并获得CZTS薄膜的厚度约为1 5 M m。在

2、低温度250真空退火后的金属前驱体，他们在两个温度的区域封闭石 英反应器与饱和富硫气氛，硫化温度设定在380C的基板范围从300到硫化 550 C。减振器的结构质量进行了表征，用X射线衍射（XRD）与Rigaku TTR的第三 衍射与的CUK辐射源（=1.5406A），和电影形态和薄膜组成，用扫描电子显微 镜测定（SEM） JELO“JSM6390LA和能量色散谱（EDS）吉达2000紫外-可 见吸收光谱（SolidSpec的DUV-3700）是用于测量光吸收光谱范围从300至 1500 nm在室温下的吸收拉曼光谱测量，在室温下进行，使用1 LABRAM-HR 微拉曼系统，在激发波长为514纳

3、米和光光束直径为20m m的背散射配置. CZTS薄膜的电学性能进行了测试，使用CHI660电化学工作工作站测量铝/ CZTS肖特基结纳谱.2.2 太阳能电池的制备CZTS薄膜后，在温度为550C，30分钟硫化，50纳米的硫化镉薄膜沉积CZTS 表面上的一种化学物质，包含氢氧化铵（1。5米），镉，硫酸浴00015米）， 硫脲（0。075米）解决方案组件在室温下混合，然后放置在65C温水澡，用 它蘸取样品，并不断搅拌在沉积过程中.12分钟后从溶液中取出样品，用去离子 水冲洗，并用氮气吹干.氧化锌和ZnO： Al薄膜继续沉积射频溅射厚度为50 nm和300 nm.最后，通过 荫罩上的单电池，作为前

4、端接触镍铝金属网格沉积在1000 W/m2凸出AAA级 太阳模拟器的辐照强度的全球频谱测量设备的电流-电压特性细胞的串联电 阻测量与黑暗的使用16由Pysch提及的方法之一，包括照明IV曲线.3 结果与讨论3.1 电镀的金属先驱体由于元素铜，锌，锡，彼此有不同的还原电势，这是很难共同电沉积，他们从一 个单一的解决方案，特别是锌离子，比铜和锡的还原电势更小（1）。为了缩小电势三要素之间的差距，我们增加了一些络合剂的电解质，如柠檬酸三 钠,铜铟硒电已在使用的17。循环voltammetery测量范围从0至-1.4 V（vs.SCE） 的合作与调查的生长参数和优化的扫描速率为10 mV-1电pote

5、ntial.From图， 我们发现，对Cu2 +和Sn2+离子开始减少时阴极电流在-0.5 V 和-0.8 V（vs.SCE） 的急剧上升，但只有当电位下降到-1.2 V（vs.SCE），锌离子可降低阴极。它已 被证明在我们以前的工作中，锌成分迅速增加的电势是低于1.2V15。我们选择 了一个最佳的电势（-1.19 至-1.2V vs.SCE），以取得预期的成分比例铜：锌： SN=42:24:34。锡的比例比锌大，由于其较低的熔点232C，在硒的高挥发。3.2 Cu2ZnSnS4 薄膜的样式电沉积后，金属前驱体在250C低温退火使金属元素转换成合金，我们可以发现 电沉积前身是锌，锡，Cu6Sn

6、5的，CuZn2混合物，但没有铜元素被观察到。退火后，薄膜是Cu6Sn5的，Cu3Sn相和铜锌合金。这些金属合金在热处理过 程得到更好的结果，有报道称，铜铟硒太阳能电池在溅散过程中，CuIn先驱体经常在真 空条件下变成Cu ln9合金丄丄 9o退火金属前驱体硫化两个温度区与饱和富硫气氛石英反应器中。要研究形成机制 的CZTS，X射线衍射（XRD）通常是最有用方法。但许多的二元和三元中间体 （如硫化锌Cu2SnSe3）它采用了一个类似的闪锌矿结构相关有相同的的CZTS XRD图谱重叠峰。因此我们采取了一些拉曼光谱测量根据不同的退火温度调查 退火过程中形成的阶段。图。3,拉曼光谱显示，300C前可

7、形成CZTS，但在此 过程中仍然有CuSe的中间状态存在。当温度上升到350C和400C，CuSe会 消失，其他二元的ZnS和三元的Cu2SnSe4开始出现。随着温度的继续上升， 的CZTS相位变的更明显，这意味着CZTS颗粒越来越大，晶粒越来越好。然 而，ZnS和CZTS仍停留在样品直到硫化至550C。最后，铜成分比例：锌： SN：硒是20:11:13:56,这是近化学计量比的报道值4。3.3CZTS 薄膜的光学和电子特性采用UV-Vis吸收光谱获得CZTS薄膜光学性质沉积在-1.21 V紧跟在550C退 火。光吸收系数图。（一）4。这是在500-1400纳米波长大于104 cm-1的。CZ

8、TS薄膜光学带隙为0。8 EV推断平方米的吸收系数和光子能量(H) 2，光子的能 量(eV)的图，横轴截距直线。4 (B)。带隙比1理论值低一点。由反射光谱 中任何错误可能造成0伏特。这无法避免的，因为电沉积经常使用轻紧基板这是 很难衡量其透射谱。电阻率及少数载流子迁移光电性能的重要参数。范德堡和霍尔测量值将不能反映 真正的吸收剂往往被金属涂层基板上成长素质特点。绝缘基板上制作的吸收会得 到不同晶粒结构和纳入杂质。因此，CZTS薄膜电阻来衡量，我们直接存入顶端 金层形成欧姆接触与CZTS。回钼和顶级金电极之间的应用电势时，我们可以通 过交叉测量电流的流动并计算电阻的I-V法。接触电阻是通过测量

9、不同厚度的样 品扣除。因此CZTS电阻测量1。2X103Q M。载流子浓度CZTS进行电容-电压法。电容电压技术依赖于一个事实，即一个 反向偏置空间chargeregion半导体结设备(SCR)宽度取决于所施加的电压19。 当我们CZTS薄膜的金属铝层蒸发，它会在界面形成的肖特基势垒二极管。叠 加一个小幅度交流电流(AC)如下式直流电压上电压年龄至五将由反向偏置结 电容C。(2)其中q是电子电荷， r是介质常数为CZTS，这是接近10 CZTS报道20。A 是的肖特基面积，C为结电容，V为外加电压，q是单位电荷，VBI是内置在这 个路口电势。相结合，与鉴别外部电压V图1/C2。5，载流子浓度可

10、以得到从 1/C2V曲线斜率。CZTS中载浓度N计算为7。1X1016厘米3,和空穴迁 移率可以得到0。1 cm2的V-1的S-1电阻率以上。1/C2五负斜率表明， CZTS确实是一个p型半导体。但p型薄膜具有低空穴迁移率这可能由于在散片 大型复合中心。3.4CZTS 薄膜太阳能电池性能CZTS太阳能电池获得了使用CZTS硫化薄膜在温度为550C。已显示在图细胞 的交叉形象。6。我们可以发现，大多数CZTS颗粒均大于1微米，并在整个 薄膜厚度扩展。但它是不是很附着在基体。这表明有一个第二相钼/ CZTS界面 之间的。安报道，硫化锌将形成CZTS薄膜底部的21在他们的实验。因此，钼 / CZTS

11、之间的夹层可能是硫化锌二元合金相。但它不能很容易被发现的X射线 衍射和拉曼光谱，因为ZnSe的峰值期是非常接近CZTS拉曼无法检测到超过1 M m的深度。MoSe2层的形成，也有人作为硫扩散通过的CZTS和钼背电极 以下反应的结果。它被认为是促进钼/ CZTS界面的形成欧姆接触。制造的太阳能电池的性能与面积0。09 cm2的分析，通过测量电流密度与电压 (的I-V)图显示黑暗和光照条件下的曲线特征。7。我们发现，细胞有28 mA/cm2的高短路电流Isc,但只有一个低的开路电压171 mV和低填充因子(FF) 35 VOC。1%。这表明单元格具有较高的串联电阻，被证明是5卢比。在下面 的测试，

12、串联电阻在电池2平方厘米。这种高比报告值较大的电阻，这是来自位 于钼及CZTS之间的层，如图所示。6。在同一时间存在厚的高电阻率MoSe2 层也可能导致高信号。此外，低VOC也表明缓冲器/吸收剂界面，具有较高的再 结合而导致低效率为1。7%。在这项工作中，成功地制造薄膜太阳能电池，铝/锌：铝/锌/ CDS / CZTS/钼/ SLG 基板结构，这是对CZTS太阳能使用两步电沉积的路线的电池的第一次报告。吸收剂CZTS薄膜显示了 p型半导体和载流子浓度有7。1 X1016 cm-3的。和 太阳能电池使用CZTS吸收剂已达成的光电转换效率为1。7%，3毫米X3毫 米的面积。5串联电阻。2平方厘米的电池是高了一点，从而导致了开路电压 的高落差。存在一些更多的工作，优化CZTS格式化过程，并减少串联电阻得 到一个高性能的太阳能电池。