鲍 浪李朝晖冯 叶程冠铭刘 壮罗海林肖旭东杨春雷

1(中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055)

2(中国科学院大学 北京 100049)

基于相图的CZTSe光伏材料的形成路径设计和实验探索

鲍 浪1，2李朝晖1冯 叶1程冠铭1刘 壮1罗海林1肖旭东1杨春雷1

1(中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055)

2(中国科学院大学 北京 100049)

文章基于CZTSe光伏材料的相图,从理论上研究了(1)基于富Zn相的生长路线;(2)基于Cu2SnSe3-ZnSe的两者反应生长路线;(3)基于富Cu相的生长路线。同时,文章研究了不同的合成路径CZTSe生长过程中杂相的形成可能,分析了缺陷的形成能,在此基础上得出了CZTSe体系易控制易生长的实验基础理论。并使用自主研发的“四室八源共蒸发系统”成功地监测到样品温度变化与样品处在不同相空间的关系,并观测到相变过程中相限跨越的温度变化,为以后制作高效率的CZTSe太阳电池提供了理论依据和实验指导。

CZTSe(Cu2ZnSnSe4);相图;缺陷;杂相;共蒸发

1 引 言

在过去几年里,以Cu2ZnSnS4(CZTS)为代表的锌黄锡矿结构半导体化合物的研究引起了人们越来越大的关注[1-6]。由于其是直接带隙半导体,能带宽度又刚好处于单结电池理论效率最高的区间,可以用来制作高效率的薄膜太阳能电池[7]。另外,该材料性能稳定,不存在使用寿命问题,所使用的元素具有资源丰富、价格便宜和环境友好的特点,不用担心资源储量和生产中的环境污染问题,是未来实现万亿瓦级薄膜太阳能电池的强有力竞争者[8]。目前CZTS器件转化效率已达到12%以上[9],预测在未来3～5年有望突破18%的门槛,届时将引起光伏太阳能电池体系的重大变革。……