柔性CZTSSe太阳电池的制备及性能研究
《2024年CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》范文
《CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》篇一一、引言随着能源危机日益严重，寻找清洁、可持续的能源成为科研领域的重要课题。
薄膜太阳能电池以其高效、环保的特性备受关注。
其中，CZTSSe（铜锌锡硫硒）薄膜太阳能电池因其良好的光电转换效率和稳定性，逐渐成为研究的热点。
本文将深入探讨CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量，以期为相关研究提供参考。
二、CZTSSe薄膜太阳能电池概述CZTSSe薄膜太阳能电池是一种基于铜锌锡硫硒化合物材料的薄膜太阳能电池。
该材料具有较高的光吸收系数和良好的光稳定性，使其在太阳能电池领域具有巨大的应用潜力。
此外，CZTSSe材料还具有较高的环境友好性，符合绿色能源的发展趋势。
三、电学性能研究1. 电流-电压特性电学性能是评估太阳能电池性能的重要指标。
通过测量CZTSSe薄膜太阳能电池的电流-电压曲线，可以了解其开路电压、短路电流、填充因子和光电转换效率等关键参数。
研究表明，通过优化制备工艺和掺杂元素，可以有效提高CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能，从而提升其光电转换效率。
2. 载流子传输与复合载流子的传输与复合过程直接影响太阳能电池的性能。
通过对CZTSSe薄膜太阳能电池的载流子传输机制进行研究，可以深入了解其内部的电子结构、能带关系和缺陷态分布等。
此外，研究载流子复合过程也有助于提高太阳能电池的稳定性和寿命。
四、晶体质量研究1. 晶体结构与形貌晶体结构和形貌是影响CZTSSe薄膜太阳能电池性能的关键因素。
通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段，可以观察和分析CZTSSe薄膜的晶体结构、晶粒大小和分布等。
这些信息有助于了解薄膜的生长过程和晶体质量，从而为优化制备工艺提供指导。
2. 缺陷分析缺陷是影响CZTSSe薄膜晶体质量的重要因素。
通过光致发光、深能级瞬态谱等手段，可以研究CZTSSe薄膜中的缺陷类型、浓度和分布等。
这些信息有助于了解缺陷对电学性能的影响，为提高晶体质量和改善太阳能电池性能提供依据。
低温三步法制备柔性CIGS太阳电池
低温三步法制备柔性CIGS太阳电池许楠;胡占宁;张嘉伟;连文娟;薛玉明【摘要】以聚酰亚胺(PI)为衬底的柔性铜铟镓硒[Cu(In,Ga)Se2,简称CIGS]太阳电池因其极高的质量比功率受到广泛的关注与研究.采用低温“三步法”共蒸发工艺制备吸收层ClGS薄膜,在第二步时薄膜会经历富Cu的生长过程,并通过拉曼检测到CuxSe生成.通过X射线衍射光谱法(XRD)分析ClGS薄膜晶体结构,薄膜择优取向呈现为(220)/(204)晶向.扫描电子显微镜(SEM)分析发现CIGS薄膜颗粒大且致密.在PI衬底上制备的CIGS薄膜太阳电池的转换效率达到6.57％.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)006【总页数】3页(P1075-1077)【关键词】三步法;CIGS薄膜;柔性衬底;太阳电池【作者】许楠;胡占宁;张嘉伟;连文娟;薛玉明【作者单位】天津工业大学理学院,天津300387;天津工业大学理学院,天津300387;天津理工大学电子信息工程学院天津市薄膜电子与通信器件重点实验室,天津300384;天津工业大学理学院,天津300387;天津理工大学电子信息工程学院天津市薄膜电子与通信器件重点实验室,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TM914CIGS薄膜太阳电池是以多晶Cu(In0.7,Ga0.3)Se2半导体薄膜为吸收层的太阳电池，CIGS薄膜为直接带隙半导体材料，具有可调节的禁带宽度，较高的吸收系数。
CIGS薄膜太阳电池具有较强的抗辐射能力，较好的稳定性和弱光性等特点，成为研究发展的热点。
而以柔性材料为衬底的CIGS薄膜太阳电池又具有极高的质量比功率，因此在空间领域具有很强的应用前景。
2008年，美国NREL实验室在玻璃衬底上制备的CIGS薄膜太阳电池效率达到19.9%[1]。
2011年德国ZSW实验室将这一效率提高到20.3%[2]。
2010年瑞士EMPA实验室在PI衬底上制备的CIGS薄膜太阳电池效率达到17.6%，在2012年将其提高到18.7%[3]。
柔性太阳能电池的制备与性能研究
柔性太阳能电池的制备与性能研究近年来，随着人们对可再生能源的需求不断提升，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的新能源逐渐成为了人们关注的热门话题。
而柔性太阳能电池的出现更是为太阳能行业带来了新的发展方向，它不仅外观美观、轻薄便携，而且还可以自由弯曲、扭转，适应各种复杂的使用环境。
在现代科技高速发展的今天，柔性太阳能电池的制备和性能研究已成为学术界和工业界关注的热点。
一、柔性太阳能电池的概述柔性太阳能电池是一种能够自由弯曲、扭转，光电转换效率可达到高水平的新一代太阳能电池。
与传统的硅基太阳能电池相比，柔性太阳能电池具有以下明显特点：1. 高度可弯曲性：柔性太阳能电池不仅可以自由弯曲、扭转，也可以整体弯曲，形成任意形状，赋予了它更大的灵活性与可塑性。
2. 轻薄便携：产品外形美观轻薄，方便携带，特别适合户外活动和紧急情况下使用。
3. 耐候性强：柔性太阳能电池在各种气候条件下都具有非常好的耐候性和稳定性。
二、柔性太阳能电池的制备技术制备柔性太阳能电池的关键是合理的材料选择和高度精细的制备工艺，其中主要涉及到以下几个方面：1. 柔性电材料的选择：选择能够弯曲的特殊材料，如钢、铜、合金等，为电池设计提供基础。
2. 喷涂法：喷涂是一种非常常用的柔性太阳能电池制备方法，将改良的电解质和有机半导体材料混合后，直接喷涂在柔性底材上。
此方法生产成本低，操作便捷，能够快速制备大面积的柔性太阳能电池。
3. 旋涂法：旋涂是一种基于涂敷工艺的制备方法，将光电转化材料转移印刷在柔性或半柔性的聚酰亚胺薄膜上，然后加热和压实。
因为聚酰亚胺材料抗氧化性、稳定性较高，所以将柔性太阳能电池转移印刷到聚酰亚胺材料表面能够有效增加其使用寿命。
4. 热膜法：热膜法是将金属和有机半导体材料通过卷制的方式在柔性基板表面制成膜。
这种制备方法工艺复杂，但制造出来的柔性电池具有极高的光电转换效率和电池寿命。
三、柔性太阳能电池的性能研究柔性太阳能电池的性能研究是为了优化产品设计，提高光电转换效率，提高产品性能和使用寿命。
《2024年CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》范文
《CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》篇一摘要：本文着重研究了CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量。
通过一系列实验和分析，探讨了CZTSSe材料的电性能参数、晶体结构以及其与太阳能电池性能之间的关系。
本文的研究结果为CZTSSe薄膜太阳能电池的优化设计和性能提升提供了理论依据。
一、引言CZTSSe薄膜太阳能电池是一种新兴的太阳能电池技术，以其高效率、低成本和环境友好等优势受到了广泛关注。
随着研究的深入，CZTSSe材料在太阳能电池领域的应用潜力逐渐显现。
然而，其电学性能和晶体质量对太阳能电池的最终性能有着重要影响，因此对其进行深入研究具有重要意义。
二、CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能研究1. 电性能参数分析CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能主要包括开路电压（VOC）、短路电流（ISC）、填充因子（FF）以及光电转换效率（η）。
通过测量和分析这些参数，可以评估太阳能电池的性能。
实验结果表明，CZTSSe薄膜的电性能参数与材料的能带结构、载流子迁移率等密切相关。
2. 能带结构与载流子迁移率能带结构和载流子迁移率是影响CZTSSe薄膜太阳能电池电性能的关键因素。
通过理论计算和实验测量，发现CZTSSe材料具有合适的能带结构和较高的载流子迁移率，这有利于提高太阳能电池的光电转换效率。
三、CZTSSe薄膜的晶体质量研究1. 晶体结构分析CZTSSe薄膜的晶体结构对其电学性能和稳定性具有重要影响。
通过X射线衍射（XRD）等手段，对CZTSSe薄膜的晶体结构进行分析，发现其具有典型的黄铜矿结构。
此外，薄膜中的晶粒大小、晶界密度等因素也会影响其晶体质量。
2. 晶粒生长与缺陷分析晶粒生长和缺陷是影响CZTSSe薄膜晶体质量的关键因素。
通过透射电子显微镜（TEM）等手段，观察了CZTSSe薄膜的晶粒生长过程，并分析了晶粒中的缺陷类型和密度。
结果表明，优化生长条件和后续退火处理可以有效减少缺陷密度，提高晶体质量。
柔性CZTSSe太阳电池的制备及性能研究
柔性CZTSSe太阳电池的制备及性能研究YAN Qiong;LI Hong-nan;LIN Xiao-yuan【摘要】采用溶液法及后硒化处理的方式在柔性钼衬底上制备铜锌锡硫硒薄膜,并通过XRD、EDS、Raman和SEM分析薄膜的结晶性、物相和形貌.研究金属成分含量对CZTSSe薄膜形貌的影响,最终在柔性衬底上制备出成分均匀可控、无二元或三元杂相、结晶致密连续的CZTSSe薄膜,并以此为基础制备结构为Mo/CZTSSe/CdS/i-ZnO/ITO/Ag的柔性太阳电池,得到的电池最高效率为3.83％.【期刊名称】《福建江夏学院学报》【年(卷),期】2019(009)003【总页数】9页(P110-118)【关键词】柔性薄膜太阳电池;铜锌锡硫硒;背接触;载流子输运【作者】YAN Qiong;LI Hong-nan;LIN Xiao-yuan【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TM914.4一、研究背景太阳能的开发与利用有助于应对能源短缺和环境污染这两大挑战，实现可持续发展，因此各国都在大力扶持光伏产业。
不同太阳能电池技术的光电转化效率发展历程如图1所示。
[1]其中，铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳电池由于其组成元素地壳储量丰富、绿色环保、轻质、可柔性等优点而得到广泛关注。
相比于传统的刚性电池，柔性太阳电池具有材质柔软、质量轻、功率质量比高、生产过程能耗小、易于实现卷对卷大面积连续生产等优点，可望扩展太阳电池的应用领域。
采用能够耐受CZTS基薄膜整个制备过程并保持高转换效率的柔性背电极材料来制备柔性器件是一项有意义的工作。
近年来，CZTS基太阳电池在刚性衬底上的最高转换效率已达12.6%，而在柔性衬底上的最高效率仅为7.04%，因此需要进一步研究基于柔性衬底的CZTS基薄膜的成膜工艺，探究电池内载流子的输运机理，为提高电池效率提供实验数据和理论支撑。
本文围绕柔性CZTSSe太阳电池开展研究工作，采用溶液法及后硒化处理的方式在柔性钼衬底上制备CZTSSe薄膜，以此为基础制备柔性CZTSSe太阳电池并研究其光电性能。
《CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》范文
《CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》篇一一、引言随着能源危机日益严重，寻找清洁、可持续的能源成为当前科学研究的重要方向。
其中，太阳能电池作为一种绿色能源，得到了广泛的研究和应用。
CZTSSe（铜锌锡硫硒）薄膜太阳能电池以其高效率、低成本、环境友好等优点，成为近年来研究的热点。
本文将就CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量进行深入研究。
二、CZTSSe薄膜太阳能电池概述CZTSSe薄膜太阳能电池是一种基于铜锌锡硫硒（CZTSSe）材料的薄膜太阳能电池。
该材料具有较高的光吸收系数和良好的光电转换效率，是近年来备受关注的新型太阳能电池材料。
其制备工艺简单，成本低廉，且环境友好，具有广阔的应用前景。
三、电学性能研究1. 电阻率电阻率是衡量材料导电性能的重要参数。
本文通过对不同条件下制备的CZTSSe薄膜的电阻率进行测量，探讨了材料组成、晶粒大小等因素对电阻率的影响。
结果表明，通过优化制备工艺，可以显著降低CZTSSe薄膜的电阻率，提高其导电性能。
2. 载流子浓度与迁移率载流子浓度和迁移率是影响太阳能电池性能的关键因素。
本文通过霍尔效应等实验手段，对CZTSSe薄膜的载流子浓度和迁移率进行了研究。
结果表明，适当的掺杂和晶粒尺寸可以显著提高载流子浓度和迁移率，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
四、晶体质量研究1. X射线衍射分析X射线衍射是研究晶体结构的重要手段。
本文通过X射线衍射实验，对CZTSSe薄膜的晶体结构进行了分析。
结果表明，通过优化制备工艺，可以获得结晶度较高、晶粒尺寸较大的CZTSSe薄膜。
2. 扫描电子显微镜观察扫描电子显微镜（SEM）可以直观地观察材料的微观形貌。
本文通过SEM观察了CZTSSe薄膜的表面形貌和晶粒分布情况。
结果表明，晶粒大小均匀、致密的CZTSSe薄膜具有更好的光电性能。
五、结论通过对CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量进行深入研究，本文得出以下结论：1. 通过优化制备工艺，可以显著降低CZTSSe薄膜的电阻率，提高其导电性能；同时，适当的掺杂和晶粒尺寸可以显著提高载流子浓度和迁移率，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
《2024年太阳能电池缓冲层与CZTSSe吸收层的制备及性能》范文
《太阳能电池缓冲层与CZTSSe吸收层的制备及性能》篇一一、引言随着全球对可再生能源的日益关注，太阳能电池已成为最具潜力的能源转换技术之一。
太阳能电池的核心部分包括吸收层和缓冲层，其性能直接决定了太阳能电池的效率。
本文将重点探讨太阳能电池中CZTSSe吸收层与缓冲层的制备方法及其性能研究。
二、太阳能电池概述太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备。
其核心部分包括吸收层和缓冲层。
吸收层主要负责对太阳光的吸收，而缓冲层则起到减少界面缺陷、提高电子和空穴的传输效率的作用。
CZTSSe（铜锌锡硫硒）材料因其具有较高的光吸收系数和适宜的能带结构，被广泛应用于太阳能电池的吸收层。
三、CZTSSe吸收层的制备CZTSSe吸收层的制备主要采用化学浴沉积法、共蒸发法等方法。
其中，共蒸发法因其能精确控制各组分比例、制备大面积薄膜等优点，成为目前研究热点。
在共蒸发过程中，通过控制蒸发速率、温度等参数，可得到具有良好结晶性能的CZTSSe薄膜。
四、缓冲层的制备缓冲层的主要作用是减少界面缺陷，提高电子和空穴的传输效率。
目前，常用的缓冲层材料包括CdS、i-ZnO等。
其中，i-ZnO因其具有较高的电子迁移率和良好的稳定性，成为一种优秀的缓冲层材料。
其制备方法主要包括溶胶-凝胶法、磁控溅射法等。
五、性能研究（一）吸收层性能CZTSSe吸收层的主要性能参数包括光吸收系数、能带结构、电导率等。
通过优化制备工艺，可得到具有较高光吸收系数和适宜能带结构的CZTSSe薄膜，从而提高太阳能电池的转换效率。
（二）缓冲层性能缓冲层的主要作用是减少界面缺陷，提高电子和空穴的传输效率。
因此，缓冲层的性能对太阳能电池的效率具有重要影响。
通过优化i-ZnO缓冲层的厚度、掺杂浓度等参数，可提高其电子迁移率和稳定性，从而提高太阳能电池的性能。
六、实验结果与分析通过对比不同制备方法、不同参数下的CZTSSe吸收层和i-ZnO缓冲层的性能，我们发现：共蒸发法制备的CZTSSe吸收层具有较高的光吸收系数和适宜的能带结构；而通过优化i-ZnO缓冲层的厚度和掺杂浓度，可显著提高其电子迁移率和稳定性。
《CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》范文
《CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》篇一摘要：本文旨在研究CZTSSe（铜锌锡硫硒）薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量。
通过一系列实验和分析，探讨了CZTSSe材料的电导率、载流子浓度、迁移率等电学性能参数以及晶体结构、结晶度等晶体质量因素，以期提升太阳能电池的转换效率和稳定性。
一、引言CZTSSe薄膜太阳能电池作为新一代的太阳能电池技术，以其高吸收系数、高转换效率和低成本的优点，正逐渐成为研究的热点。
通过研究其电学性能和晶体质量，可以更好地理解其工作原理，优化材料制备工艺，从而提高太阳能电池的效率及稳定性。
二、电学性能研究1. 材料与实验方法采用磁控溅射法制备CZTSSe薄膜，并对其电学性能进行测试。
通过霍尔效应测试仪测量材料的电导率、载流子浓度和迁移率等参数。
2. 结果与讨论（1）电导率：CZTSSe薄膜的电导率表现出良好的性能，随硒含量的增加，电导率呈现上升趋势。
（2）载流子浓度：实验结果显示，载流子浓度与材料中元素的掺杂量密切相关。
适量的掺杂可以提高载流子浓度，从而提高电池的短路电流密度。
（3）迁移率：迁移率是影响材料导电性能的重要因素。
实验发现，通过优化制备工艺，可以提高载流子的迁移率，进而提高电池的填充因子和开路电压。
三、晶体质量研究1. 材料与实验方法采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段，对CZTSSe薄膜的晶体结构和结晶度进行分析。
2. 结果与讨论（1）晶体结构：XRD结果表明，CZTSSe薄膜具有较好的结晶性，呈现出典型的四方黄铜矿结构。
（2）结晶度：SEM观察显示，随着制备工艺的优化，CZTSSe薄膜的结晶度得到提高，晶粒尺寸增大，晶界减少，有利于提高太阳能电池的光吸收效率和载流子传输性能。
四、结论通过对CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量的研究，我们得出以下结论：1. CZTSSe薄膜具有良好的电学性能，其电导率、载流子浓度和迁移率等参数均表现出较好的表现。
铜锌锡硫太阳电池
铜锌锡硫太阳电池
铜锌锡硫太阳电池（CZTSSe）是一种新型薄膜太阳能电池，具有以下优点：
1.吸光系数高、弱光响应好，这使电池可以在较低的光照条件下工作。
2.稳定性高，使其具有较长的使用寿命。
3.组成元素储量丰富，环境友好且价格低廉，降低了生产成本。
然而，尽管铜锌锡硫太阳电池具有很大的发展潜力，但其转换效率自2013年以来长期停滞在12.6%，远低于第二代太阳能电池铜铟镓硒电池的23.35%。
这主要是由于异质结界面复合引起的巨大开路电压损失，且目前对异质结界面缺陷的形成机制还不清楚。
尽管如此，科研团队仍在努力研究并优化这种电池的性能。
以上内容仅供参考，建议查阅关于铜锌锡硫太阳电池的科研文献，获取更全面准确的信息。
《2024年CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》范文
《CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量研究》篇一一、引言随着人类对可再生能源的依赖日益加深，太阳能电池的研究与应用愈发受到重视。
CZTSSe（铜锌锡硫硒）薄膜太阳能电池作为新一代的太阳能电池，具有较高的光电转换效率和良好的稳定性，成为当前研究的热点。
本文将重点研究CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能及晶体质量，为进一步提高其性能提供理论支持。
二、CZTSSe薄膜太阳能电池的电学性能研究1. 光电转换效率光电转换效率是衡量太阳能电池性能的重要指标。
CZTSSe 薄膜太阳能电池的光电转换效率受到材料组成、能带结构、晶体质量等多方面因素的影响。
通过优化材料组成和制备工艺，可以提高CZTSSe薄膜太阳能电池的光电转换效率。
目前，研究者们通过改进制备方法和控制成膜条件，已经实现了较高的光电转换效率。
2. 载流子传输性能载流子传输性能是影响太阳能电池性能的另一个关键因素。
CZTSSe薄膜太阳能电池具有良好的载流子传输性能，其高迁移率的载流子能够在短时间内被有效分离并传输到电极处。
通过对CZTSSe薄膜的微观结构、晶界和缺陷进行研究，可以进一步优化其载流子传输性能，提高太阳能电池的效率。
三、晶体质量研究1. 晶体结构CZTSSe薄膜的晶体结构对其电学性能具有重要影响。
研究者们通过X射线衍射、拉曼光谱等手段，对CZTSSe薄膜的晶体结构进行了深入研究。
结果表明，具有良好结晶度的CZTSSe薄膜具有更高的光电转换效率和更稳定的性能。
因此，优化制备工艺，提高CZTSSe薄膜的结晶度是提高太阳能电池性能的关键。
2. 晶界与缺陷晶界和缺陷是影响CZTSSe薄膜太阳能电池性能的重要因素。
通过对晶界和缺陷的研究，可以深入了解其形成机制和影响因素。
研究者们采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜等手段，对CZTSSe薄膜的晶界和缺陷进行了观察和分析。
结果表明，优化制备工艺、控制成膜条件和采用适当的后处理技术，可以减少晶界和缺陷的数量，提高CZTSSe薄膜的晶体质量。
铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池_概述及解释说明
铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池概述及解释说明1. 引言1.1 概述太阳能电池作为一种可再生能源技术，已经在全球范围内得到广泛应用。
然而，传统的硅基太阳能电池存在成本高、制造复杂和使用受限等问题。
因此，人们开始研究新型材料和结构设计，以提高太阳能电池的效率和稳定性。
铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池就是近年来备受关注的替代解决方案之一。
1.2 文章结构本文将首先介绍铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的基本原理，并详细描述其构成和工作原理。
接着，我们将探讨该类型太阳能电池的优势与应用前景，并对相关领域进行分析与评价。
随后，我们将对铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池制备技术研究进展进行深入探讨，并从材料选择、合成方法、薄膜形貌和结构调控方法以及性能改进等方面进行详细说明。
此外，我们还将分析该类太阳能电池的性能评价标准、光稳定性与耐候性问题，并探讨提高稳定性和可靠性的策略研究。
最后，我们将对整个研究进行总结，展望铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池未来的发展前景，并提出一些建议和启示。
1.3 目的本文旨在综述铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的基本原理、构成和工作原理，介绍其制备技术研究进展，评估其性能及相关问题。
通过对该类太阳能电池的全面分析和评价，可以为相关领域研究人员提供有关材料选择、制备方法、效率评估和稳定性改进等方面的重要参考。
此外，我们也希望通过文章的撰写与解释说明，增加读者对于铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池潜力以及未来发展前景的了解，并鼓励更多科学家投入到该领域的研究与创新中来。
以上是“1. 引言”部分内容，请核对确认是否满意。
2. 铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的原理2.1 太阳能电池的基本原理太阳能电池是一种可将光能转化为电能的器件。
其基本原理是利用光生电效应和材料的半导体性质来实现光到电的转换。
当太阳辐射照射在太阳能电池表面时，光子与半导体材料相互作用，激发出自由载流子（即电子-空穴对）。
这些自由载流子在内部形成漂移电场并沿着外部连接器流动，从而产生了电流。
一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法[发明专利]
![一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/501325f010a6f524cdbf85e4.png)
专利名称：一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：程树英,邓辉,孙全震,杨志远
申请号：CN202010951494.7
申请日：20200911
公开号：CN112038439A
公开日：
20201204
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种CZTSSe柔性双面太阳电池，包括正反两面的CZTSSe太阳电池和中间连接的同一柔性衬底；所述的双面太阳电池的正反两面由内向外结构为柔性钼箔衬底、钼硒化层、CZTSSe吸收层、CdS缓冲层、ZnO/ITO窗口层、金属电极。
其中制备方法包括：（1）钼箔的双面清洗，使用电化学法同时清洗两面；（2）双面CZTSSe薄膜的溶液法制备及共同硒化处理；（3）双面缓冲层的同时化学水浴沉积；（4）双面窗口层的交替溅射法沉积；（5）双面金属电极的蒸发法制备。
本发明可全方位多角度地利用太阳光，提高对太阳光的利用率和转换效率，可制作成柔性携带产品、悬挂式光伏装饰产品等，实现光伏建筑装饰一体化。
申请人：福州大学
地址：350108 福建省福州市闽侯县福州大学城乌龙江北大道2号福州大学
国籍：CN
代理机构：福州元创专利商标代理有限公司
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无镉ZnO缓冲层的柔性CZTSSe太阳电池
无镉ZnO缓冲层的柔性CZTSSe太阳电池
唐建龙;谢暐昊;邓辉;程树英
【期刊名称】《福州大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(50)4
【摘要】针对铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳电池中CdS缓冲层带隙较小造成光损耗和Cd元素的毒性问题,提出无镉环保型CZTSSe太阳电池,分别采用溅射法和旋涂法来制备ZnO薄膜以替代CdS缓冲层.薄膜形貌表征及器件性能测试表明,相比旋涂法,溅射法制备的ZnO的薄膜质量及其CZTSSe器件性能明显更好,器件的光电转换效率(PCE)从1.0%提升到4.5%.同时,相比于CdS(E_(g)=2.4 eV),ZnO具有更大的带隙(E_(g)=3.3 eV),去除CdS膜层后,薄膜和器件在蓝光区具有更高的透光率和更好的光吸收.该设计为制备柔性CZTSSe太阳电池提供了一种新策略.
【总页数】7页(P483-489)
【作者】唐建龙;谢暐昊;邓辉;程树英
【作者单位】福州大学物理与信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM914.420.2;TN304.210.55
【相关文献】
1.铜基薄膜太阳电池无镉缓冲层的研究进展
2.具有缓冲层的ZnO光阳极染料敏化太阳电池研究
3.柔性CZTSSe薄膜太阳电池的制备及扩散阻挡层对其性能影响的
研究4.基于氧化镍背接触缓冲层碲化镉薄膜太阳电池的研究5.溶液法制备Zn_(1-x)Sn_(x)O缓冲层的CZTSSe太阳电池性能优化
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第9卷第3期 福建江夏学院学报 Vol.9 No.3 2019年6月 Journal of Fujian Jiangxia University Jun.2019柔性ＣＺＴＳＳｅ太阳电池的制备及性能研究严 琼1，李弘楠2，林晓园3（1．2．3．福建江夏学院电子信息科学学院，福建福州，350108）摘 要：采用溶液法及后硒化处理的方式在柔性钼衬底上制备铜锌锡硫硒薄膜，并通过XRD、EDS、Raman和SEM分析薄膜的结晶性、物相和形貌。
研究金属成分含量对CZTSSe薄膜形貌的影响，最终在柔性衬底上制备出成分均匀可控、无二元或三元杂相、结晶致密连续的CZTSSe 薄膜，并以此为基础制备结构为Mo/CZTSSe/CdS/i-ZnO/ITO/Ag的柔性太阳电池，得到的电池最高效率为3.83%。
关键词：柔性薄膜太阳电池；铜锌锡硫硒；背接触；载流子输运中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2082（2019）03-0110-09一、研究背景太阳能的开发与利用有助于应对能源短缺和环境污染这两大挑战，实现可持续发展，因此各国都在大力扶持光伏产业。
不同太阳能电池技术的光电转化效率发展历程如图1所示。
[1]其中，铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳电池由于其组成元素地壳储量丰富、绿色环保、轻质、可柔性等优点而得到广泛关注。
相比于传统的刚性电池，柔性太阳电池具有材质柔软、质量轻、功率质量比高、生产过程能耗小、易于实现卷对卷大面积连续生产等优点，可望扩展太阳电池的应用领域。
采用能够耐受CZTS基薄膜整个制备过程并保持高转换效率的柔性背电极材料来制备柔性器件是一项有意义的工作。
近年来，CZTS基太阳电池在刚性衬底上的最高转换效率已达12.6%，而在柔性衬底上的最高效率仅为7.04%，因此需要进一步研究基于柔性衬底的CZTS基薄膜的成膜工艺，探究电池内载流子的输运机理，为提高电池效率提供实验数据和理论支撑。
本文围绕柔性CZTSSe太阳电池开展研究工作，采用溶液法及后硒化处理的方式在柔性钼衬底上制备CZTSSe薄膜，以此为基础制备柔性CZTSSe太阳电池并研究其光电性能。
收稿日期：2019-03-05基金项目：福建省教育厅科技项目（JT180589，JAT170632）；福建江夏学院校青年科研人才培育基金项目（JXZ2017002，JXZ2017006）；福建江夏学院教育教学改革项目（J2019C011）；作者简介：1．严 琼（1987—），女，福建福州人，福建江夏学院电子信息科学学院讲师；2．李弘楠（1989—），男，吉林农安人，福建江夏学院电子信息科学学院讲师；3．林晓园（1985—），女，福省福州人，福建江夏学院电子信息科学学院讲师。
110图1 各种太阳电池效率的发展历程二、柔性CZTSSe太阳电池的制备作为柔性基底，钼箔具有更好的机械强度和更匹配的热膨胀系数，可取代电池结构中的溅射金属导电层作为背接触，以简化工艺、降低制造成本。
首先，对钼箔进行清洁处理。
将钼箔在浓硫酸和甲醇的混合溶液中采用电沉积法进行清洗，用去离子水冲洗干净并用氮气吹干。
其次，用溶液法配制CZTSSe前驱体溶液，将铜、锌、锡、硫、硒粉末同时溶于乙二硫醇和乙二胺混合溶液中。
最后，利用旋涂法制得预制层薄膜，在充满氩气的快速热退火硒化炉中制得CZTSSe薄膜，并进行X射线衍射（XRD）、X射线能谱分析（EDS）、拉曼（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）测试。
在前期实验基础上，采用化学水浴法沉积60nm硫化镉（CdS）薄膜作为缓冲层，采用磁控溅射法制备70nm氧化锌（i-ZnO）薄膜和200nm掺铟氧化锡（ITO）薄膜作为窗口层，采用真空热蒸发法沉积1μm金属银（Ag）电极，组装得到柔性CZTSSe 太阳电池。
在AM 1.5G （100mW/cm2）的光照下，用Keithley 2400测试电池的电流密度vs.电压（J-V）特性曲线，并分析电池内载流子的输运机理。
三、柔性CZTSSe太阳电池的性能测试在柔性CZTSSe太阳电池中，吸收层是其最核心的部分，对提高电池效率起到决定性作用。
CZTSSe的化学式为Cu2ZnSn(S,Se)4，其稳定化学势区非常窄，容易形成二元或三元杂相，因此其最佳配比往往由于偏离化学计量比（铜:锌:锡:硫:硒=2:1:1:4）而呈现贫铜富锌的成分。
通过调节前驱体溶液中的金属含量，以期得到最佳的金属成分配比。
由于Sn元素在高温硒化过程中容易损失，根据贫铜富锌的原则，在不改变S/(S+Se)比例的情况下，逐步加大Sn元素在前驱体溶液中的比例，制备4种不同配比的CZTSSe薄膜，并进行测试。
预制层薄膜的成分如图2的（a）（c）（e）（g）所示，硒化后的薄膜成分如图2的（b）（d）（f）（h）所示，4种不同配比下薄膜的EDS测试结果如表1所示。
吸收层CZTSSe的结晶和形貌会影响电池效率，结晶太小或排列疏松都会导致泄漏电流，使太阳电池短路。
因此，硒化后的薄膜形貌须呈现大颗粒结晶且致密连续，才能满足组装高效太阳电池的需求。
通过比较不同金属成分配比的薄膜形貌，得到最优条件下的薄膜成分如图2（f）所111112示，其对应的预制层薄膜成分如图2（e）所示，其硒化后的薄膜SEM图如图3所示。
113图2 不同成分比例的CZTSSe薄膜的EDS测试结果表1 不同成分比例的CZTSSe薄膜的成分测试结果名称Cu Zn Sn S Se Cu/(Zn+Sn)Zn/Sn S/(S+Se)Sn/(Zn+Cu)a17.5513.589.5452.137.210.76 1.420.880.31b16.6511.55 6.50 1.7263.570.92 1.780.030.23c17.9013.1210.1151.377.500.77 1.300.870.33d15.8610.618.14 2.7262.670.85 1.300.040.31e18.3513.5510.3550.707.040.77 1.310.880.32f11.187.87 6.37 3.6770.910.79 1.240.050.33g16.8514.7513.0648.93 6.410.61 1.130.880.41h 14.6211.288.61 4.2761.210.74 1.310.070.33114图3 CZTSSe薄膜的SEM图CZTSSe薄膜的XRD、Raman图谱如图4所示。
从XRD结果看出，除了衬底Mo的峰和微弱的MoSe 2峰，其余衍射峰分别对应于CZTSSe（JCPDS 52-0868）标准卡片的（112）、（200）、（220）和（312）。
为了检测可能存在的二元和三元相，进一步测试薄膜在532nm激发光下的Raman图谱。
Raman图谱在约196cm －1处有很强的振动峰，在约174和246cm －1处呈现两个较弱宽峰，这些振动峰都对应的CZTSe的物相。
此外，Raman图谱在约336cm －1处基于没有峰，表明薄膜中S的浓度几乎为零。
XRD的分析结果与Raman图谱一致，说明制备得到的CZTSSe薄膜中没有存在杂质相（Zn(S，Se)、SnS、SnSe、SnS 2、SnSe 2、Cu 2SnS 3和Cu 2SnSe 3）。
图4 CZTSSe薄膜的XRD图谱（a）和拉曼图谱（b）用上述制备的CZTSSe薄膜组装成结构为Mo/CZTSSe/CdS/i-ZnO/ITO/Ag的柔性太阳电池，如图5所示。
在AM 1.5G（100mW/cm 2）的光照下，测试电池的J-V特性曲线，可得太阳电池的开路电压（V oc ）、短路电流密度（J sc ）。
填充因子（FF ）的计算如下： （1）其中，P m 表示最大输出功率，V m 表示最大功率点电压，I m 表示最大功率点电流。
太阳电池效率定义为最大输出功率与AM 1.5G光功率之比： （2）其中，P i 表示AM 1.5G的光功率（100mW/cm 2），S 表示电池面积。
115图5 柔性CZTSSe太阳电池的结构示意图选取3片电池进行测试，结果如表2所示，其J-V特性曲线如图6的（a）（b）（c）所示。
可以看出，短路电流密度、开路电压和填充因子共同制约着电池效率，测试所得的电池效率均高于3%，说明制备所得的电池性能较好。
表2 柔性CZTSSe太阳电池的测试结果名称PCE (%)Voc (mV)Jsc (mA/cm2)FF (%)A Rs (Ω·cm2)13.8332336.6132.40 2.47 1.5223.8031327.7743.75 3.400.593 3.4233724.6641.21 3.81 1.55在CZTSSe/Mo界面上，空穴之间的复合会加剧V oc 损耗，而柔性电池的界面问题比刚性电池更突出。
因此，使用单二极管模型对J–V曲线进行分析，[2]通过二极管理想因子A 和串联电阻R s 来研究CZTSSe/Mo界面问题，方程式（3）如下： （3）其中，J 0表示饱和电流密度，R sh 表示并联电阻。
使用Steven等人介绍的方法提取二极管参数，[3]方程式（4）如下： （4）图6显示亮电流数据（light_3.83%、light _3.80%、light _3.42%）的dV/dJ vs. (J+J sc )-1拟合曲线，其中A 和R s 分别从曲线线性区域的y轴截距和斜率（斜率=AkT /q ）中提取。
分析得到的柔性太阳电池的A 和R s 总结如表2所示，A 的均值大于2，表明空间电荷区依然存在较大复合；R s 的均值仅为1.22Ω·cm 2，表明CZTSSe/Mo界面具有良好的背接触，这更有利于载流子的传输，从而提高电池效率。
利用欧姆接触导电机制、Poole-Frenkel传导机制、空间电荷限制电流效应对图6（a）（b）（c）中的暗电流数据（dark_3.83%、dark_3.80%、dark_3.42%）进行分析，研究电池内的载流子输运。
拟合结果证实：在测试电压-0.4V~+0.5V范围内同时涉及以上2种甚至3种机制，即电池内不仅存在扩散电流、热发射电流，还存在因界面态而导致的复合电流和隧穿电流。
116图6 柔性CZTSSe太阳电池的J-V特性曲线及A和Rs拟合曲线图7 柔性CZTSSe太阳电池暗电流J-V曲线的拟合结果3种载流子机制的分析[4]如下：欧姆接触导电机制为：J=nqμE （5）其中，n表示电子数，μ表示迁移率，E表示场强。
Poole-Frenkel传导机制如式（6）所示：（6）其中，N c表示态密度，表示陷阱能级，ε0、εr分别表示真空介电常数和相对介电常数。
空间电荷限制电流效应如式（7）所示：（7）其中，ρf表示自由载流子密度，ρt表示被陷阱俘获的载流子密度，L表示膜厚。