5　总结与展望

5.1　总结

CZTSe薄膜太阳能电池是一类非常有前途的新型高效太阳能电池，相比现有的其他太阳能电池具有原材料来源广泛、制备工艺多样等优点。本文采用SCAPS-1D软件建立了CZTSe薄膜太阳能电池的模型，对CZTSe薄膜太阳能电池结构、材料特性及电池性能之间的关系进行了数值模拟；制备了CZTSe薄膜太阳能电池的电极IMO透明电极和吸收层CZTSe薄膜，并对这两种关键材料进行了实验研究。

本论文的主要研究内容和取得的主要结论如下：

（1）采用SCAPS-1D软件建立了CZTSe薄膜太阳能电池的模型并进行了数值模拟，研究了不同参数对太阳能电池特性的影响。模拟结果表明理想条件下的CZTSe太阳能电池具有良好的性质，效率可达28%以上。禁带宽度对CZTSe太阳能电池的效率有比较明显的影响。在0.9～1.5eV区间，电池的效率随禁带宽度的增大而升高。CZTSe的吸收层厚度会影响电池的效率，在1～5µm厚度范围内，电池的效率随吸收层厚度增加而提高。相反的，增加CdS缓冲层的厚度会降低电池的效率。当工作温度升高时，CZTSe电池开路电压会明显下降，进而效率降低。

（2）使用脉冲直流磁控溅射方法制备了用于CZTSe薄膜太阳能电池的IMO薄膜，并研究了不同衬底温度（50～250℃）对薄膜特性的影响。实验结果表明当衬底温度升高时，薄膜的结晶度有所改善。在250℃的衬底温度下薄膜获得了最大迁移率53.9cm2/（V·s）在多数IMO薄膜中，杂质散射为主导的散射机制。多数IMO薄膜都在500～1000nm波长区间具有较高的透射率。IMO薄膜的光学带隙在3.5eV以上，适合作为太阳能电池的TCO层。

（3）采用两步法制备了CZTSe薄膜。首先使用共溅射的方法制备了CZT金属前驱体，之后在管式炉中进行硒化。硒化压强在1～4mbar区间调整以研究其对CZTSe薄膜性质的影响。实验制备出的薄膜表面较为粗糙，晶粒大小不一，当硒化压强增加时，薄膜表面更加致密紧致。薄膜中各组分的比例接近CZTSe的化学计量比。随着硒化压强的升高Cu/（Zn+Sn）的比例由0.82增加到1.04。所有的CZTSe样品都呈现出P型导电性，迁移率在1 cm2/（V·s）的量级。测得薄膜中载流子浓度在1019～1020cm-3量级，大于其他文献报道，可能是由于Cu2Se杂相存在导致的。经过KCN溶液刻蚀后，载流子浓度下降约一个数量级。经测试CZTSe的禁带宽度为0.92eV。