袁吉仁 ，邓新华

(1.南昌大学理学院，南昌330031;2.东南大学毫米波国家重点实验室，南京210096)

目前，代替铜铟镓硒(CIGS)材料的Cu2ZnSnS4(CZTS)新一代薄膜太阳能电池越来越受到人们的重视。CZTS材料作为光吸收层具有以下优点:CZTS材料的光学带隙为 1.45 eV ～1.5 eV［1-2］，刚好在半导体太阳能电池所要求的最佳禁带宽度范围内，单结CZTS薄膜电池的最高转换效率预计可达32.2%［3］;同时，CZTS 薄膜的光吸收系数很大(可见光波段吸收系数 104cm-1～105cm-1)［4-5］，只需要很薄的厚度就可吸收大部分太阳光，有利于降低成本;另外，CZTS组成元素无毒且在地球上的储量极为丰富和价格低廉［6-7］。综上各种优越特性，CZTS太阳能电池是一种低成本环保型的具有巨大发展潜力的薄膜太阳能电池。然而，典型的CZTS薄膜太阳能电池的结构中缓冲层为硫化镉(CdS)材料，CdS中含有重金属元素Cd，对人体有毒以及对环境会造成污染;而且，CdS光吸收系数较大，其载流子迁移率较低，会产生短波吸收损失。因而，必须寻找不含镉的合适材料来代替CdS作为缓冲层其中，王彩娜等人［8-10］用ZnS等宽禁带材料来取代CdS，但是ZnS等材料与CZTS的禁带宽度相差太大，会带来较高的界面态缺陷，影响太阳能电池器件性能。Shen等人［11］采用没有毒性的非晶硅(a-Si作为缓冲层材料，如此不仅可以缓冲窗口层与CZTS吸收层的带隙失配，还可钝化CZTS表面缺陷，实验证明他们取得了良好的效果。但是，a-Si材料的禁带宽度为1.7 eV～1.9 eV，其光吸收系数较高，载流子迁移率很低，因而在短波区吸收的太阳光子也几乎不能转化为光电流而白白浪费掉了。……