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CZTS太阳能电池及通过在CZTS/CdS界面蒸发Al2O3提高开路电压的可能性
摘要： 我们报道了超薄Al2O3层（厚度低至3 nm）作为界面钝化策略对提升Cu2ZnSnS4/CdS基太阳能电池性能的效果。经过初步优化后，证实热蒸发沉积的Al2O3能改善p-n结特性。所制备器件开路电压的提升取决于吸收层成分，而填充因子（FF）的改善显然与可能存在的漏电路径绝缘有关。此外还讨论了其对其他光电参数的影响。
关键词： Al2O3，界面钝化，热蒸发，Cu2ZnSnS4（CZTS）
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过聚(4-乙烯基吡啶)与Cu?ZnSnS?&碳纳米管的界面工程提升钙钛矿太阳能电池的光伏性能与稳定性
摘要： 有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）是下一代光伏器件的新兴候选技术。过去十年间，PSCs在器件性能方面取得了快速发展，但使用低成本、无毒且具有化学稳定性材料的同时实现长期器件稳定性的问题仍未解决。为应对这些挑战，研究人员探索了四元硫族化合物Cu2ZnSnS4（CZTS）这种廉价、环保且环境稳定的纳米结构作为无机空穴传输材料（HTM）。此外，同时采用两种策略来优化光伏参数：首先，在钙钛矿层与空穴传输层（HTL）之间引入聚4-乙烯基吡啶（PVP）中间层；其次，将单壁碳纳米管（CNTs）掺入CZTS HTL中。单独使用后者仅使短路电流密度（Jsc）从18.3提升至20 mA cm?2，而综合运用两种策略后，开路电压（Voc）从0.98升至1.05 V，Jsc也从18.3提升至20.5 mA cm?2。创纪录器件的功率转换效率（PCE）达到15.2%，填充因子（FF）增至70%，并表现出2.3%的低迟滞现象。球形CZTS纳米结构间形成的疏水性CNT网络与PVP聚合物中间层的共同作用，使器件具有高度稳定性——在室温和40-45%湿度条件下存放30天后仍保持初始PCE的98%以上。因此，我们的研究表明PVP中间层与CZTS&CNT HTL的组合为PSCs的可扩展应用提供了可能。
关键词： Cu2ZnSnS4，无机空穴传输材料，稳定性，碳纳米管，聚(4-乙烯基吡啶)
更新于2025-09-23 15:19:57
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采用短硫化周期生长Cu<sub>2</sub>ZnSnS<sub>4</sub>（CZTS）薄膜
摘要： 在本研究中，CZTS薄膜通过两阶段工艺制备：先在镀钼玻璃基板上依次磁控溅射沉积金属Cu、Zn和Sn层，随后在530℃和560℃下进行不同保温时间（1、60和180秒）的快速热退火处理。采用XRD、拉曼光谱、SEM、EDX和光致发光技术对不同硫化温度及反应时间获得的CZTS薄膜进行了表征。结果表明，除CZTS560-60薄膜外，延长硫化时间能提升结晶质量。SEM表面形貌显示薄膜具有非均匀、致密的多晶结构。光致发光测得薄膜光学带隙约为1.36-1.38 eV。研究发现通过短时反应可获得贫铜富锌的CZTS薄膜。XRD图谱和拉曼光谱证实形成了黄铜矿结构CZTS相及CuS、SnS、SnS2等第二相。通过提取CZTS薄膜(112)衍射峰的半高宽(FWHM)值...
关键词： 硫化时间，Cu2ZnSnS4（CZTS），两步法，溅射，硫化温度，黄锡矿
更新于2025-09-23 02:50:22
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用于铜锌锡硫硒太阳能电池的溅射ZnSnO缓冲层
摘要： 在基于Cu2ZnSnS4的太阳能电池中，用ZnSnO缓冲层替代CdS缓冲层既能提升器件性能，又可避免使用有毒的镉元素。此外，采用溅射法制备缓冲层对物理气相沉积工艺制造的太阳能电池具有显著优势。本研究通过单金属氧化物靶材溅射沉积ZnSnO薄膜，首先阐述了沉积在硅基或玻璃基底上的薄膜结构与光学特性，证实了通过调节溅射功率可改变ZnSnO金属组分比例，并展示了采用Ar:O2或Ar:SF6反应性溅射改善ZnSnO薄膜光电性能的尝试。将这些ZnSnO缓冲层应用于Mo/CZTS/ZnSnO/ZnO:Al太阳能电池后，经过沉积后退火处理及工艺优化（特别是采用Ar:O2或Ar:SF6反应性溅射），最终实现了5.2%的光电转换效率，较CdS缓冲层参比电池绝对值提升0.6%。为避免吸收层损伤并保持高性能，必须将溅射功率控制在最低水平。研究采用两阶段溅射工艺以平衡吸收层表面?；び牒侠沓粱奔涞男枨?。最后对比了采用ZnSnO缓冲层的优化CZTS基与CZTSe基太阳能电池的光伏特性。
关键词： Cu2ZnSnS4、ZnSnO缓冲层、无镉器件、溅射、反应溅射、黄铜矿太阳能电池
更新于2025-09-19 17:13:59
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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。霍尔测试表明水体系制备的薄膜载流子浓度为1.93×101? 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。
关键词： 太阳能电池，Cu2ZnSnS4，雾化辅助喷雾热解，表征，薄膜，溶剂效应
更新于2025-09-19 17:13:59
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钠掺杂对CZTS/CdS薄膜太阳能电池性能及能带排列的影响
摘要： 碱金属掺杂可抑制黄铜矿结构Cu2ZnSnS4（CZTS）中的有害反位缺陷并提升开路电压。本研究探究了微量钠掺杂对CZTS/CdS薄膜太阳能电池性能及能带排列的影响。通过旋涂法在CZTS表面制备了10%钠掺杂的CZTS:Na薄膜。钠掺杂使半高宽变窄且晶粒尺寸增大，NaZn浅受主缺陷提升了空穴浓度与电导率。此外，钠掺杂通过Na钝化效应抑制SnZn缺陷，改善了吸收层/缓冲层界面能带排列并抑制SRH复合。典型陡峭导带偏移（CBO）从CZTS:Na/CdS异质结的0.25 eV降至CZTS/CdS的0.1 eV。CZTS:Na器件开路电压达653 mV，较CZTS/CdS器件更高，最大转换效率提升44%至7.46%。这些结果阐明了钠掺杂对CZTS电池异质结能带结构的影响，证实表面掺杂CZTS:Na吸收层制备方法具有重要的研究前景。
关键词： 导带偏移、钠掺杂、Cu2ZnSnS4、能带排列、悬崖式
更新于2025-09-19 17:13:59
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在Cu?ZnSnS?表面形成超薄SnS层以实现具有Zn(O,S)缓冲层的高效太阳能电池
摘要： 环保要求各类太阳能电池使用无毒元素，过去Zn(O,S)薄膜作为铜铟镓硒和铜锌锡硫硒太阳能电池中CdS缓冲层的替代材料备受关注。然而尽管带隙匹配更优，采用Zn(O,S)缓冲层的Cu2ZnSnS4(CZTS)太阳能电池性能仍远逊于CdS缓冲层电池。本研究通过调控前驱体组分，优化了化学浴沉积Zn(O,S)缓冲层与CZTS的界面质量。由此制备的CZTS太阳能电池实现了7.28%的转换效率，创下Zn(O,S)基铜锌锡硫硒电池最高纪录。借助X射线光电子能谱和紫外光电子能谱分析发现，CZTS表面存在超薄SnS层，该层能有效提升吸收体表面导带边形成0.40 eV的导带偏移势垒——显著优于无SnS辅助的情况。本研究揭示了制备高效低成本无镉CZTS薄膜太阳能电池的关键路径。
关键词： 能带排列，Zn(O,S) 缓冲层，Cu2ZnSnS4
更新于2025-09-19 17:13:59
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通过调控异质结界面化学实现效率超过10%的Cu?ZnSnS?太阳能电池
摘要： 宽带隙纯硫化物黄铜矿Cu2ZnSnS4是一种极具前景的环保低成本光伏材料，已引发学界高度关注。然而基于该材料吸收层的太阳能电池最高效率仅略超10%的基准线，远未达到工业化应用所需的效率要求。异质结界面复合是造成性能损失的主要原因。本研究通过调控Cu2ZnSnS4/Zn1?xCdxS异质结界面，将电池效率显著提升至10%以上。我们发现，在Zn1?xCdxS沉积过程中引入氢氧化铵可大幅减少锌相关氢氧化物和氧化物杂质。这种界面化学环境的优化有效降低了界面缺陷密度并改善了界面微观结构质量。经改良的异质结界面通过抑制复合效应，显著提升了开路电压、填充因子及整体器件性能。
关键词： Cu2ZnSnS4、太阳能电池、Zn1?xCdxS、氢氧化铵、异质结界面
更新于2025-09-16 10:30:52
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对苏门答腊岛松巴哇地区低成本Cu2ZnSnS4薄膜光伏潜在利用的分析
摘要： 松巴哇岛具备转型为智慧城市的发展潜力，可利用太阳能作为其主要替代能源。这座位于热带国家印度尼西亚的岛屿拥有长达八个月的旱季，期间太阳辐射强度达4.51瓦/平方米/小时，使太阳能成为该地区极具前景的资源。其资源丰富性与零污染特性是太阳能成为优质可再生能源的主要因素。初步计算表明，太阳能能够提供巨量能源，而太阳能电池板与光伏技术将太阳能转化为电能时可实现零温室气体排放。然而太阳能电池的高初始安装成本阻碍了其作为替代能源的普及，同时部分构成太阳能板的物质材料可能对环境产生负面影响。本研究旨在通过分析成本与环境效益，评估低成本半导体基太阳能板作为独立照明光源的应用潜力。本文重点探讨了无需昂贵设备安装的简易化学方法，并提出了有助于降低太阳能板生产成本的技术方案建议。
关键词： 环保、太阳能电池、Cu2ZnSnS4（CZTS）、可再生和可持续能源
更新于2025-09-16 10:30:52
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退火条件（温度、时间、升温速率和气氛）对纳米晶Cu2ZnSnS4（CZTS）薄膜太阳能电池性能的影响
摘要： 采用热注入法成功制备了Cu2ZnSnS4（CZTS）纳米颗粒，并通过纳米晶墨水旋涂沉积CZTS薄膜。本研究旨在探究退火参数（温度、时间、升温速率及气氛）对CZTS薄膜结构与光学性能的影响。利用XRD、拉曼光谱、SEM及EDX元素分布分析表明：薄膜质量与结晶度提升，元素分布均匀性改善——这是CZTS薄膜太阳能电池的关键要素。在H2S+N2气氛中退火时，CZTS薄膜的结晶度、结构及化学组成均获得显著优化，证实500℃下以10℃/分钟升温速率退火1小时的条件，是制备太阳能电池用CZTS薄膜的适宜工艺参数。
关键词： 退火温度，CZTS，Cu2ZnSnS4，退火时间，薄膜太阳能光伏，退火气氛，退火升温速率
更新于2025-09-16 10:30:52