CZTS薄膜太阳能电池介绍PPT

Thank you!
参考资料： 陈勤妙. 微纳米化合物Cu-Zn-Sn-S光伏特性与新型薄膜太阳能电池的研究[D]. 上海交通大学, 2012. 曲鹏, 王赫, 乔在祥. 铜锌锡硫薄膜太阳电池研究进展[J]. 电源技术, 2015, 39(7):1550-1553.
一、背景与工作原理
CIGS化合物→CZTS 化合物
• 与太阳光谱非常匹配的能带宽度(约1.5 eV)
• 高的吸收系数(>104/cm)
• CZTS 的组成元素在地壳中的含量极其丰富且无毒
一、背景与工作原理
CZTS 太阳能电池面临的主要问题
• CdS缓冲层是一种具有极高毒性的材料
• 传统印刷法制备化合物薄膜效率低
• 除CZTS薄膜外其他层用真空的方法进行制备，成本高
一、背景与工作原理
一种典型的CZTS薄膜太阳能电池基底结构
CdS与i-ZnO为N型材料 结构 厚度 制备方法 溅射法 溅射法 水浴法 • 导电 ZnO:Ga 500 nm (或ZnO:Al) • 本征氧化锌 • CdS缓冲层 50 nm 50 nm
Cu2ZnSnS4
CZTS薄膜太阳能电池
姓 名 ： X X X 学 号 ： X X X
一、背景与工作原理
CIGS[CuInxGa(1-x)Se2]太阳能薄膜电池具有稳定性好、抗辐照
性能好、成本低、效率高等优点。
但是其面临三个主要的问题：
（1）制程复杂，投资成本高
（2）关键原料的供应不足 （3）缓冲层CdS具有潜在的毒性
四、现状与展望
• 近十年来，CZTS 薄膜太阳电池技术发展迅速。美国、
日本、德国等国家的研究小组先后提出各种物理气相 沉积工艺和化学沉积工艺，制备了高质量的 CZTS 薄膜。 随着吸收层制备工艺的不断创新和改进，CZTS 薄膜的 光电性质逐渐得到优化，相应的电池性能也有了显著 的提高。2013 年，美国 IBM 公司 Mitzi.D 的研究团队使 用非真空溶液法制备的 CZTS 薄膜太阳电池的光电转换 效率达到12.6%，这主要归功于他们对前驱溶液的改进 和电池结构的优化。
多种方法，与性能 吸收光的主体，为P型材料 • CZTS 吸收层 1.5-3 μm 有关 • Mo背电极 1 μm 溅射法
二、新型CZTS薄膜太阳电池结构
极低毒性 In2S3缓冲 层替代常用CdS剧毒 缓冲层
用致密 TiO2取代 ZnO： Al/ZnO 窗口层
三、制备流程
三、制备流程
•
(1)对FTO Glass表面进行清洗，经干燥后使用光子表面处理仪去除玻 璃表面的有机残留物；
四、现状与展望
•
然而，目前 CZTS 薄膜太阳电池技术与 CIGS 薄膜太阳电池相比 还存在一定差距，电池的实验室效率较低，柔性电池技术发展 速度较慢，电池组件技术尚不成熟等，而且 CZTS 薄膜点还未 实现商业化生产。造成上述差距的原因包括： CZTS 薄膜吸收层复杂元素匹配和较窄的稳定化学势范围；
• •
• • •
(2)采用喷涂热解法在FTO Glass表面上沉淀致密TiO2窗口层(50 ml TAA 溶液，TAA 溶液由四异丙醇钛与乙酰丙酮按摩尔比例 1:2 混合获得)， 沉淀得到的致密TiO2窗口层被放置在TiCl4溶液中进行表面处理；
(3)采用喷涂热解法在处理过的致密TiO2窗口层上沉淀 In2S3缓冲层 (50ml 溶液)； (4)采用丝网印刷法将CZTS印刷浆沉淀到FTO 得到的基板(FTO Glass/TiO2/In2S3/CZTS)进行氮气氛围的快 速温度退火以蒸发有机分散试剂及改善CZTS的结晶度； (6)最后在经退火的样品上沉淀Carbon电极以完成太阳能电池的制备。
1. 2. 3.
相比于 CIGS 薄膜，CZTS 薄膜的生长机理更为复杂；
CZTS 吸收层中缺陷种类更多，对光生载流子的复合机制更加 复杂。
•
因此通过改进吸收层制备工艺，提高 CZTS 薄膜成分比例的可 控制；通过深入研究CZTS 薄膜的生长机理，优化吸收层生长 的化学反应路径；通过掺杂 Se、Na等元素改善吸收层结构和 电学性质，是未来进一步提高 CZTS 薄膜太阳电池性能需要突 破的关键技术。