铜锌锡硫薄膜太阳电池:电化学方法合成和表征

译者序作者导师序原书致谢缩略语物理量第1章绪论11.1薄膜光伏11.2 CZTS: 性质、历史及器件效率21.3薄膜材料的制备过程31.4 CZTS前驱物的电沉积31.5 CZTS前驱物的硫化41.6 CZTS薄膜的光电性能测试41.7本研究的主要任务51.8本书的结构5参考文献6第2章金属前驱物的电极沉积82.1电化学沉积（电沉积）82.1.1电化学电池和沉积反应82.1.2三电极电池92.1.3电沉积的循环伏安法102.1.4析氢反应122.1.5恒电位电沉积142.2 Cu2ZnSnS4前驱物制备的实验方法162.2.1共沉积与SEL法162.2.2电沉积的形貌控制182.2.3电沉积的质量传输控制182.3 Cu、Sn和Zn的电极沉积192.3.1 Cu的电极沉积192.3.2 Sn的电极沉积202.3.3 Zn的电极沉积202.4电沉积方法的描述212.4.1衬底212.4.2电解液212.4.3电化学装置212.4.4循环伏安法222.4.5垂直工作电极的沉积过程222.4.6旋转圆盘电极的沉积过程222.5电极沉积薄膜的表征232.6 Cu的电沉积242.6.1衬底的考虑242.6.2铜的碱性山梨醇电解液的循环伏安262.6.3电极沉积物的形貌272.7 Sn的电极沉积：甲烷磺酸电解液282.7.1衬底282.7.2循环伏安282.7.3电极沉积物的形貌292.8酸性氯化物电解液中Zn的电极沉积302.8.1衬底302.8.2 Zn的酸性氯化物电解液的循环伏安302.8.3 Zn电极沉积的形貌312.8.4 Cu和Sn衬底上沉积Zn的差异322.8.5添加第二个铜层使Zn沉积332.9实现前驱物的宏观均匀性342.9.1在垂直工作电极上电沉积的问题342.10旋转圆盘电极电化学沉积362.10.1加强对流对循环伏安法的影响362.10.2使用RDE沉积薄膜的均匀性362.11确定前驱物对叠层的沉积条件392.11.1电沉积步骤的效率402.11.2前驱物厚度与成分的设计422.11.3前驱物设计中式（2.32）的应用452.12 Cu｜Sn｜Cu｜Zn叠层的表征46小结47参考文献48第3章预制层转换为复合物半导体503.1前驱物合金503.1.1 Cu-Zn 系统513.1.2 Cu和Sn的合金化513.1.3 Sn和Zn的合金化523.1.4 Cu-Sn-Zn三元体系533.2硫的结合：Cu-Zn-Sn-S 体系543.2.1样品成分的表示543.2.2在Cu2S-ZnS-SnS2准三元体系中的相553.3 Cu-Zn-Sn-S体系中相的区分573.3.1 X射线衍射573.3.2拉曼光谱593.3.3区分物相的其他方法593.4Cu2ZnSnS4的晶体结构593.4.1锌黄锡矿和黄锡矿593.5 Cu2ZnSnS4的形成反应613.6快速热处理过程623.6.1 RTP系统的介绍623.6.2两步过程中的硫源623.7前驱物的制备633.8退火/硫化过程643.9转换材料的表征653.10刻蚀653.11金属叠层在无硫氛围中退火653.11.1 Cu-Zn双层的退火653.11.2 Cu-Sn 双层的退火673.11.3 Cu-Sn-Zn薄膜的退火693.11.4 Cu/Sn/Cu/Zn 前驱物的退火723.12在硫的氛围中对前驱物叠层退火753.12.1前驱物中硫元素的结合753.12.2相形成与温度的关系773.12.3在500℃时，相图的演变与时间的函数833.12.4 Cu2S的表面偏析及空洞的形成853.12.5液相Sn的存在，SnxSy的缺失873.13在高的加热速率下提出的CZTS形成模型903.13.1在500~550℃时的反应顺序90小结92参考文献93第4章硫化条件及前驱物成分对CZTS相演变的影响974.1硫化条件对薄膜生长的影响974.1.1文献中的硫化条件974.1.2硫化过程中Zn的损失984.1.3硫化过程中SnS的损失994.2前驱物的成分对于薄膜生长的影响994.2.1 Cu的含量对CuInSe2和CuInS2薄膜生长的影响994.2.2 Cu含量对于CZTS薄膜生长的影响1004.3硫化气压的影响1024.3.1 S元素在硫化过程中的行为1024.3.2硫化气压对硫化速率的影响1054.3.3硫化气压对晶粒尺寸的影响1074.3.4硫化气压对晶粒取向的影响1084.3.5硫化气压对成分的影响1104.4硫化时间的影响1124.4.1 S蒸气的滞留时间1124.4.2较长退火时间下的晶粒生长1144.4.3硫化过程中的元素损失1154.5改变Cu含量的影响1164.5.1成分测试的实验方法1164.5.2前驱物组分中Cu含量的研究1164.5.3硫化样品的成分与相结构1164.5.4 KCN刻蚀对于不同Cu含量样品的影响1194.5.5 Cu含量对晶粒尺寸的影响1224.6 Zn/Sn比例的一些影响1224.7偏离化学计量比时生长模型的修正1244.8硫化过程中元素损失的分析1254.8.1 Sn损失的初步观测1254.8.2元素损失对样品成分分布的影响1274.9晶粒尺寸变化趋势的观测130小结132参考文献134第5章Cu2ZnSnS4薄膜的光电特性：生长条件与前驱物成分的影响1365.1文献中CZTS材料的特性1365.1.1 CZTS的带隙1365.1.2 CuInSe2和CZTS中的缺陷1375.1.3二次相对光电特性的影响1375.1.4 CZTS器件的成分1395.2光电化学表征技术1405.2.1半导体-电解液界面的结的形成1405.2.2半导体中载流子的产生1435.2.3载流子收集及外量子效应1435.2.4非辐射复合1445.2.5暗电流1455.2.6 EQE光谱的测试1455.2.7电化学电池的反射与吸收的修正1465.2.8 EQE光谱及EQE偏置曲线的分析1475.3光电化学测试1505.3.1样品的制备1505.3.2光电化学电池1505.3.3 LED光照下的光电流1505.3.4光电流光谱（EQE的测试）1505.3.5光电流的高频测试1515.3.6偏置电容的测试1515.4光电化学测试条件的确定1515.4.1光电流-电压测试1515.4.2 KCN刻蚀的影响1535.5硫化时间的影响1535.5.1光电流密度随硫化时间的演化1545.5.2带隙随硫化时间的演化1565.5.3空间电荷区的宽度和受主密度的改变1575.5.4关于短路电流随硫化时间变化的解释1585.6硫化过程中背景气压的影响1595.7硫化温度的影响1615.8 Cu含量的影响1625.9 Cu2ZnSnS4薄膜带隙的变化趋势1645.9.1假设A：锌黄锡矿-黄锡矿固溶体1655.9.2假设B：Cu2ZnSnS4-Cu2ZnSn3S8的相互作用168小结169参考文献170第6章进一步研究的结论与展望1726.1硫化条件的作用1736.2前驱物成分的作用1746.3进一步研究的展望177参考文献178