溶剂对光伏用雾化喷雾热解法制备的Cu2ZnSnS4吸收层薄膜特性参数的影响

摘要： Cu2ZnSnS4（CZTS）薄膜是薄膜太阳能光伏技术中最具前景的吸收层材料。本研究采用雾化辅助喷雾热解技术在350°C下直接于素玻璃基底上沉积CZTS吸收层薄膜（无需退火和硫化处理），分别使用二甲基亚砜（DMSO）、乙二胺、2-甲氧基乙醇和水四种溶剂。通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜（附能谱仪）、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计及数字电流源表，系统研究了不同溶剂对薄膜结构、形貌、成分、光学及电学性能的影响。 X射线衍射结果显示所有溶剂体系均形成CZTS相，且沿[112]晶向择优生长，晶粒尺寸从DMSO体系的21nm变化至水体系的34nm。拉曼分析表明除DMSO体系检测到Cu2S杂相峰外，其他溶剂制备的薄膜均为纯相。形貌与成分分析显示所有薄膜在玻璃基底上均呈现均匀覆盖的较好织构，但均存在非化学计量比现象。光学分析表明薄膜在可见光区具有宽谱吸收特性，带隙范围为1.15-1.51eV。暗态电流-电压测试显示所有薄膜电流随电压升高显著增大，其中DMSO体系电流最低?；舳馐员砻魉逑抵票傅谋∧ぴ亓髯优ǘ任?.93×101? cm?3，迁移率13.67 cm2/V·s，电导率42.27×10?2 Ω?1·cm?1。 研究表明：采用水基前驱体溶液，通过雾化辅助喷雾热解技术在350°C基底温度下制备的CZTS薄膜不仅具有相纯度，还展现出优异的光伏性能。