硒化助剂的添加改善铜锌锡硫硒吸光层的微结构和光电性能研究

B、Sb、Sn and Ge based compounds are used as assisted selenization reagents and are along with selenide powders to prepare CTZSSe absorber layer. The purpose of this program is to improve fine grain layer、phase separation and low open voltage for CZTSSe solar cells. Due to the low melting point of B and Sb based compounds, the quality of crystal growth can be greatly improved during the selenization process. CZTSSe phase separation can be inhibited via Sn and Ge based compounds; B and Ge based compounds can insert into CZTSSe crystal lattice to enhance open voltage. Assisted reagents are putted to solve fine grain layer and phase separation for CZTSSe avsorber layer during selenization process, and band-gap can also be adjusted by this approach. The high quality absorber layer and high power conversion efficiency CZTSSe solar cells can be obtained.

本项目主要利用硼、锑、锡和锗基化合物作为硒化助剂，与硒粉一起硒化制备高质量铜锌锡硫硒吸光层，进而解决非肼溶液法制备的铜锌锡硫硒吸光层包含小粒子层、容易分相和构筑的电池开路电压低等问题。硼基和锑基化合物熔点低，能够在硒化过程中显著促进铜锌锡硫硒晶体生长；锡和锗基化合物能够在硒化过程中抑制铜锌锡硫硒的分相；硼基和锗基化合物在硒化过程中能够进入铜锌锡硫硒晶格，获得更高的开路电压。本项目通过在硒化过程中添加助剂，有望通过解决铜锌锡硫硒吸光层中的小粒子层和分相问题，并调节吸光层的带隙，获得高质量的吸光层进而提高铜锌锡硫硒太阳能电池的光电转换效率。

在该青年基金的资助下，我们主要取得了以下的研究成果：.1：利用Cu2SnS3 纳米晶和Zn的分子前体溶液混合得到CZTS的杂化分子前体溶液，利用旋涂的手段制备CZTS薄膜吸光层，该方法可以通过减少旋涂次数，获得高质量的CZTS薄膜吸光层，以该方法制备的CZTSSe薄膜太阳能电池获得了6%的光电转换效率。..2：利用分子前体溶液法制备了CuIn0.7Al0.3(S,Se)2, CuIn0.7Co0.3(S,Se)2, CuIn0.7Ni0.3(S,Se)2,吸光层薄膜，使用廉价，元素含量丰富的Al,Co, Ni,部分代替元素含量少，价格昂贵的In和Ga，使用CuIn0.7Al0.3(S,Se)2, CuIn0.7Co0.3(S,Se)2, CuIn0.7Ni0.3(S,Se)2作为吸光层制备的薄膜太阳能电池的吸光层分别获得了4.33%，1.98%，2.38%的光电转换效率。..3：对杂化分子前体溶液进行了拓展，使用GIGS分子前体溶液和CIGS纳米晶分散液混合，得到杂化分子前提溶液。通过三次旋涂获得相应厚度的CIGS吸光层，随后通过硒化的手段获得大晶粒、密堆积致密的CIGSSe吸光层，制备的CIGSSe薄膜太阳能电池获得了10.13%的光电转换效率。..在该青年基金的资助下，我们共发表了与该项目有关的SCI论文6篇， 3篇J. Alloys Compd.，1篇Mater lett.，1篇New J. Chem.，1篇Journal of nanoscience and nanotechnology,其中申请人作为通讯作者或者第一作者的文章6篇。