文档介绍：%效率的Kesterite设备来源于电堆放的元素层摘要:一种改进的电沉积退火被证明可以用于制备薄膜的KesteriteCu2ZnSnS4(CZTS)薄膜太阳能电池吸收层。该材料是通过顺序的金属先驱物堆栈在堆栈的铜/锡/铜/锌和随后的退火气氛中含有硫的顺序制备。新的前体是明确宏观和微观尺度上更均匀,这意味着加强横向CZTS薄膜的光响应均匀性。%的效率与最佳小区。1引言czts的介绍Cu2ZnSnS4(CZTS)是化合物半导体,是当前正在研究作为一个无铟的替代的Cu(的In,Ga)Se2的吸收层应用在薄膜太阳能电池。铟是相当稀有而且比锌或锡贵多了[1]。带隙CZTS,[2,3];看似大量蔓延的值可能是由于材料的组合物中的变化。在所有情况下,CZTS薄膜的p型行为,这表明有一个内部机制产生受主态的带隙。已载流子浓度在5×10^15和6×10^16厘米,适用于薄膜器件[4-6]。czts的制造到目前为止,还没有达成共识的最佳方式准备CZTS薄膜。目前的记录装置,%的效率,编写了一个两阶段的过程,涉及的合作溅射前体,用铜做准备,硫化锌和SNS的目标的退火中H2S的推出进一步S和形成的化合物[3]。单级共蒸发方法,它产生最佳的设备密切相关的半导体的Cu(In,Ga)%[7]。已经有几个电化学方法生产CZTS薄膜,包括后面紧跟在含硫气氛退火的电金属前体。金属电沉积一个形成的叠层的前体[6,8],被称为堆叠元素层(SEL)的方法,或它们共同电沉积作为合金[9,10]。后一种方法的GI-%[10],而前者方法只能达到1%左右,到现在为止[1]。电化学SEL汽车减振器制造方法在这项工作中,,最有效前体的组合物,能够容易地改变,通过控制每个电镀步骤中的电荷流。它不是微不足道的特定的组合物的共沉积系统,作为电解质的内容或沉积条件必须被修改。在工业方面,SEL方法也有的一些优点,包括电解质的稳定性和可能性在更高的电流密度下操作,因为没有必要一次平衡几个不同的金属的沉积速率。目前尚不清楚是否有堆积或混合前体是更好地形成最佳的吸收层。许多进一步的研究需要说明这一点,但如果合金的前体被发现是可取的,在短期内(<5分钟)热处理在200-350摄氏度合金叠前体,它必须加热在硫化过程。图1。SEM图像的硫化铜/锡/锌前体堆栈和EDX从相同的面积为(a),(b)锡和(c)锌的元素分布图。在电化学SEL方法的均匀性问题在我们先前的工作中[1,6,11],所有遭受特别的厚度变化量和Sn层的前体层有较差的形态(参见图2a)。其结果是,空间分离的元素中观察到的膜长度尺度上从微米到毫米[11,12]。前体层的厚度变化量通过流体动力学控制下进行电沉积使用旋转圆盘电极销[12]。图1a所示微观形貌不良的问题,呈现出CZTS薄膜制备的Cu/Sn/锌的前体,它可以观察到的硫化的CZTS薄膜含有小颗粒,形态不均匀。图1b和c示出了Sn和Zn的元素分布图相同的面积。对比度变化的模式,在两个图像是不对应的,(如在图2a中可见),这是不横向均质期间。在这项工作中,电沉积过程和堆叠顺序进行了修改,提高前体的形态。改进了硫化铜/锡/铜/锌堆栈,并转换到设备中,这表明了BES大大提高效率,类似于由Araki等人所达到的。[9]和Ennaoui等[10]使用共同电沉积路线。实验进行电沉积电位在三电极模式到方形25x25毫米钼涂层的苏打-石灰玻璃基板。基板安装在面对具有直径48mm的圆筒状的聚丙烯嵌段,被面朝下放置在电沉积溶液中,并沉积过程中旋转。铂箔计数器和Ag|AgCl电极参比电极使用。表1中给出的精确的沉积条件。之间的沉积层彻底用去离子水冲洗,并用氮气干燥。该前体被硫化立刻或在真空中存储。估计电感充电效率的供词耦合等离子体质谱(ICP-MS)测量溶解的量。进行转换的前体叠层CZTS(sulfurisation)在管式炉真空/气体能力。放置前体用100毫克的熔炉内的石墨容器内的硫。系统填充到500毫巴,在10%H2N2中2小时,并加热至575LC。在此之前的光电特性或设备自动完成,以去除其表面的任何铜的硫化物。移动设备中形成了通常的方法通过添加化学浴沉积硫化镉,其次由溅射的i-ZnO和Al:ZnO层的Ni/Al接触网格。然后将它们加热至200℃,在空气中5分钟。使用二次离子质谱法(SIMS;CAMECAIMS-6f)和实际的组合物,使用能量色散型X射线光谱法(EDX;牛津仪器公司)记录薄膜和设备元深度剖面。使用扫