三元共沉积原理

2实验2.1CZTS吸收准备有报道称czt（铜，锌，锡）合金，由铜的硫酸盐，硫酸锌，锡（I）硫酸和柠檬酸三钠共沉积制成。沉积电位模式进行，使用的铂电极，饱和甘汞电极（SCE），（0.24V与SHE）的参比电极和钼涂层（800纳米）的苏打石灰玻璃电极的三个电极电池工作电极的的面积为1平方公分电势变化从-1.2到-1.25V（vs.SCE）处通过电化学工作站CHI660B。体积约250立方厘米的电池被放置在恒温水浴控制温度。作为最后的CZTS薄膜厚度往往三倍于前驱体报道［7］，我们进行了两个小时的沉积沉积500纳米CuZnSn薄膜,并获得CZTS薄膜的厚度约为1•5Mm。在低温度250真空退火后的金属前驱体，他们在两个温度的区域封闭石英反应器与饱和富硫气氛，硫化温度设定在380°C的基板范围从300到硫化550°C。减振器的结构质量进行了表征，用X射线衍射（XRD）与RigakuTTR的第三衍射与的CUK辐射源（=1.5406A），和电影形态和薄膜组成，用扫描电子显微镜测定（SEM）JELO“JSM6390LA和能量色散谱（EDS）吉达2000•紫外-可见吸收光谱（SolidSpec的DUV-3700）是用于测量光吸收光谱范围从300至1500nm在室温下的吸收•拉曼光谱测量，在室温下进行，使用1LABRAM-HR微拉曼系统，在激发波长为514纳米和光光束直径为20mm的背散射配置.CZTS薄膜的电学性能进行了测试，使用CHI660电化学工作工作站测量铝/CZTS肖特基结纳谱.2.2太阳能电池的制备CZTS薄膜后，在温度为550C，30分钟硫化，50纳米的硫化镉薄膜沉积CZTS表面上的一种化学物质，包含氢氧化铵（1。5米），镉，硫酸浴00015米），硫脲（0。075米）•解决方案组件在室温下混合，然后放置在65C温水澡，用它蘸取样品，并不断搅拌在沉积过程中.12分钟后从溶液中取出样品，用去离子水冲洗，并用氮气吹干.氧化锌和ZnO：Al薄膜继续沉积射频溅射厚度为50nm和300nm.最后，通过荫罩上的单电池，作为前端接触镍铝金属网格沉积•在1000W/m2凸出AAA级太阳模拟器的辐照强度的全球频谱测量设备的电流-电压特性•细胞的串联电阻测量与黑暗的使用［16］由Pysch提及的方法之一，包括照明IV曲线.

3结果与讨论3.1电镀的金属先驱体由于元素铜，锌，锡，彼此有不同的还原电势，这是很难共同电沉积，他们从一个单一的解决方案，特别是锌离子，比铜和锡的还原电势更小（1）。为了缩小电势三要素之间的差距，我们增加了一些络合剂的电解质，如柠檬酸三钠,铜铟硒电已在使用的［17］。循环voltammetery测量范围从0至-1.4V（vs.SCE）的合作与调查的生长参数和优化的扫描速率为10mV-1电potential.From图，我们发现，对Cu2+和Sn2+离子开始减少时阴极电流在-0.5V和-0.8V（vs.SCE）的急剧上升，但只有当电位下降到-1.2V（vs.SCE），锌离子可降低阴极。它已被证明在我们以前的工作中，锌成分迅速增加的电势是低于1.2V［15］。我们选择了一个最佳的电势（-1.19至-1.2Vvs.SCE），以取得预期的成分比例铜：锌：SN=42:24:34。锡的比例比锌大，由于其较低的熔点232°C，在硒的高挥发。3.2Cu2ZnSnS4薄膜的样式电沉积后，金属前驱体在250C低温退火使金属元素转换成合金，我们可以发现电沉积前身是锌，锡，Cu6Sn5的，CuZn2混合物，但没有铜元素被观察到。退火后，薄膜是Cu6Sn5的，Cu3Sn相和铜锌合金。这些金属合金在热处理过程得到更好的结果，有报道称，铜铟硒太阳能电池在溅散过程中，CuIn先驱体经常在真空条件下变成Culn9合金丄丄9 o退火金属前驱体硫化两个温度区与饱和富硫气氛石英反应器中。要研究形成机制的CZTS，X射线衍射（XRD）通常是最有用方法。但许多的二元和三元中间体（如硫化锌Cu2SnSe3）它采用了一个类似的闪锌矿结构相关有相同的的CZTSXRD图谱重叠峰。因此我们采取了一些拉曼光谱测量根据不同的退火温度调查退火过程中形成的阶段。图。3,拉曼光谱显示，300C前可形成CZTS，但在此过程中仍然有CuSe的中间状态存在。当温度上升到350C和400°C，CuSe会消失，其他二元的ZnS和三元的Cu2SnSe4开始出现。随着温度的继续上升，的CZTS相位变的更明显，这意味着CZTS颗粒越来越大，晶粒越来越好。然而，ZnS和CZTS仍停留在样品直到硫化至550C。最后，铜成分比例：锌：SN：硒是20:11:13:56,这是近化学计量比的报道值［4］。3.3CZTS薄膜的光学和电子特性采用UV-Vis吸收光谱获得CZTS薄膜光学性质沉积在-1.21V紧跟在550C退火。光吸收系数图。（一）4。这是在500-1400纳米波长大于104cm-1的。CZTS

薄膜光学带隙为0。8EV推断平方米的吸收系数和光子能量(H)2，光子的能量(eV)的图，横轴截距直线。4(B)。带隙比1理论值低一点。由反射光谱中任何错误可能造成0伏特。这无法避免的，因为电沉积经常使用轻紧基板这是很难衡量其透射谱。电阻率及少数载流子迁移光电性能的重要参数。范德堡和霍尔测量值将不能反映真正的吸收剂往往被金属涂层基板上成长素质特点。绝缘基板上制作的吸收会得到不同晶粒结构和纳入杂质。因此，CZTS薄膜电阻来衡量，我们直接存入顶端金层形成欧姆接触与CZTS。回钼和顶级金电极之间的应用电势时，我们可以通过交叉测量电流的流动并计算电阻的I-V法。接触电阻是通过测量不同厚度的样品扣除。因此CZTS电阻测量1。2X103QM。载流子浓度CZTS进行电容-电压法。电容电压技术依赖于一个事实，即一个反向偏置空间chargeregion半导体结设备(SCR)宽度取决于所施加的电压［19］。当我们CZTS薄膜的金属铝层蒸发，它会在界面形成的肖特基势垒二极管。叠加一个小幅度交流电流(AC)如下式直流电压上电压年龄至五将由反向偏置结电容C。 (2)其中q是电子电荷，£r是介质常数为CZTS，这是接近10CZTS报道［20］。A是的肖特基面积，C为结电容，V为外加电压，q是单位电荷，VBI是内置在这个路口电势。相结合，与鉴别外部电压V图1/C2。5，载流子浓度可以得到从1/C2〜V曲线斜率。CZTS中载浓度N计算为7。1X1016厘米3,和空穴迁移率可以得到0。1cm2的V-1的S-1电阻率以上。1/C2〜五负斜率表明，CZTS确实是一个p型半导体。但p型薄膜具有低空穴迁移率这可能由于在散片大型复合中心。3.4CZTS薄膜太阳能电池性能CZTS太阳能电池获得了使用CZTS硫化薄膜在温度为550°C。已显示在图细胞的交叉形象。6。我们可以发现，大多数CZTS颗粒均大于1微米，并在整个薄膜厚度扩展。但它是不是很附着在基体。这表明有一个第二相钼/CZTS界面之间的。安报道，硫化锌将形成CZTS薄膜底部的［21］在他们的实验。因此，钼/CZTS之间的夹层可能是硫化锌二元合金相。但它不能很容易被发现的X射线衍射和拉曼光谱，因为ZnSe的峰值期是非常接近CZTS拉曼无法检测到超过1Mm的深度。MoSe2层的形成，也有人作为硫扩散通过的CZTS和钼背电极以下反应的结果。它被认为是促进钼/CZTS界面的形成欧姆接触。

制造的太阳能电池的性能与面积0。09cm2的分析，通过测量电流密度与电压(的I-V)图显示黑暗和光照条件下的曲线特征。7。我们发现，细胞有28mA/cm2的高短路电流Isc,但只有一个低的开路电压171mV和低填充因子(FF)35VOC。1%。这表明单元格具有较高的串联电阻，被证明是5卢比。在下面的测试，串联电阻在电池2平方厘米。这种高比报告值较大的电阻，这是来自位于钼及CZTS之间的层，如图所示。6。在同一时间存在厚的高电阻率MoSe2层也可能导致高信号。此外，低VOC也表明缓冲器/吸收剂界面，具有较高的再结合而导致低效率为1。7%。在这项工作中，成功地制造薄膜太阳能电池，铝/锌：铝/锌/CDS/CZTS/钼/SLG基板结构，这是对CZTS太阳