Cu2（Cd，Zn）SnS4薄膜的sol—gel法制备

张昕曜 赵婷婷

摘 要：文章采用溶膠-凝胶法（sol-gel法）制备Cu2（Cd，Zn）SnS4（CCZTS）薄膜，研究不同Cd/Zn成分比对CCZTS薄膜性能的影响。研究结果表明，Cd的掺入导致CZTS中出现杂相。随着Cd掺杂量的增大，薄膜结晶性逐渐提高，带隙先减小后增大。

关键词：溶胶-凝胶法；CZTS薄膜；Cd掺杂

中图分类号：TB43 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0028-02

Abstract： In this paper， Cu2（Cd，Zn）SnS4（CCZTS） thin films were prepared by sol-gel method， and the effects of different Cd/Zn ratios on the properties of CCZTS thin films were studied. The results show that CD doping leads to the appearance of heterogeneous phase in CZTS. With the increase of CD doping content， the crystallinity of the films increases gradually， and the band gap decreases at first and then increases.

Keywords： sol-gel method； CZTS thin film； Cd-doping

1 概述

近年来由于化石燃料的过度开采与使用，各种环境问题频发。太阳能因为其环保、安全、易开采且永不枯竭等特点成为新能源研究的首选。太阳电池可以有效地把太阳能转换为电能，更方便服务人类社会。其中，Cu2ZnSnS4（CZTS）薄膜因其带隙约为1.48eV，且在可见光范围内光吸收系数较大，非常适合用作薄膜太阳电池的吸收层，是近年来的研究热点。

通过20年的发展，CZTS薄膜太阳电池的光电转换效率从最初0.66%提升至9.4%[1]。Wang等人[2]采用联胺法制备高质量的CZTSSe薄膜，太阳电池效率可达到12.6%。与CIGS太阳电池效率相比，CZTS太阳电池的转换效率还比较低。CuZn缺陷与ZnS第二相是影响太阳电池的主要因素。适当掺入Cd可以有效减少CuZn和ZnCu反占位缺陷，提高开路电压[3]。本文采用溶胶凝胶法制备Cu2（Cd，Zn）SnS4（CCZTS）薄膜。

2 实验

2.1 CZTS薄膜的制备

以乙酸铜、乙酸锌、乙酸镉、氯化亚锡、硫脲分别作为金属源以及硫源，配制前驱体溶液。采用旋涂法制备预制薄膜，然后硫化处理。硫化温度为600℃、硫化时间为40min，硫化气压为300mbar。

2.2 性能及表征

使用X-射线衍射仪（XRD）分析样品的物相结构。采用扫描电镜（SEM）分析薄膜的表面形貌。使用紫外-可见分光光度计（UV-vis）分析薄膜的光学性能。

3 结果与讨论

3.1 物相结构