溶液法制备CZTSSe薄膜太阳能电池(2)

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对于新型薄膜太阳能电池CZTSSe来说，精确控制其元素的比例是非常重要的。它能调节半导体材料的禁带宽度进而实现效率的进一步提升。然而，在基于金属氧化物以及金属氯化物制备CZTSSe前驱体薄膜的方法中，氧原子以及氯原子的存在无疑会造成体系中杂质的引入。而这些杂原子的引入对于制备一个高效率的CZTSSe薄膜太阳能电池是非常有害的。从这个角度来看，利用Cu, Zn, Sn, S和Se单质粉末溶解在溶液中而不是通过溶解金属氧化物或金属盐制备前驱体溶液即可避免上述问题。此外，这些Cu, Zn, Sn, S和Se单质粉末非常便宜而且能很容易的实现大规模的工业化生产。最近，潘老师的研究小组首次报道了用巯基乙酸和乙醇胺溶解Cu, Zn, Sn, S和Se单质粉末的方法来制造CZTSSe前驱体薄膜[17]。为了调整后面旋涂溶液的粘度，他们在混合溶液中又添加了另一种有机溶剂2-甲氧基乙醇。

本文，我们提供了一种更方便快捷的方法来制备高质量的CZTSSe薄膜。我们采用温和无毒的乙硫醇和乙二胺的混合溶液来溶解低成本的Cu, Zn, Sn, S和Se单质粉末作为前驱体溶液。我们利用这种简单便捷的单质溶液法制备了CZTSSe前驱体薄膜，然后组装薄膜太阳能电池并且取得了6.4%的光电转化效率。

1实验部分

1.1 试剂

铜(Cu)，硒(Sn)，锌(Zn)，乙硫醇(C2H6S)，-源^自,优尔<文.论(文]网>www.youerw.com硒 (Se)购买于Alfa Aesar公司。乙二胺(C2H8N2)，购买于天津市科密欧有限公司。

1.2 前驱体溶液的配制

铜（1.10 mmol），锌（0.76 mmol），锡（0.62 mmol），硫（1.50 mmol），和硒（1.50 mmol）加入到25 mL圆底烧瓶。然后，将0.5 mL乙硫醇和5 mL乙二胺注入圆底烧瓶中。将混合物在70 ℃的磁力搅拌器上搅拌1.5 h，将获得透明橙色溶液。

1.3 CZTSSe薄膜太阳能电池的制备

在氩气环境中，将 CZTSSe 前驱体溶液旋涂在一个2 × 2 cm2溅射钼钠钙玻璃（SLG）基板上，然后在310 ℃的加热板上加热。多次重复旋涂和加热，直到薄膜的厚度达到1.6 μm。最后，薄膜在550 ℃，含有200 mg硒蒸气的石墨盒中退火化处理15 min。使用硒化处理后的薄膜制备CZTSSe薄膜太阳能电池，并通过沉积法依次制备剩余的各层：化学浴沉积（chemical bath deposition CBD）约60 nm的硫化镉，溅射约70 nm氧化锌和约200 nm的掺铟氧化锡（ITO）。在电池的顶部，通过热蒸法蒸镀出栅电极（无减反射层）。