《太陽電池新材料銅鋅錫硫本徵缺陷機制和界面調控》是依託華東師範大學，由孫琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：太陽電池新材料銅鋅錫硫本徵缺陷機制和界面調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫琳
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
銅鋅錫硫 Cu2ZnSnS4(記為CZTS)因其組成元素無毒且儲量豐富，具有高的吸收係數和理想的禁頻寬度，成為新型薄膜太陽能電池吸收層的理想候選材料。CZTS的本徵缺陷和它與緩衝層之間的異質結界面對CZTS薄膜太陽能電池的性能會產生重要影響。因此，本項目擬在掌握CZTS薄膜的製備工藝和生長機理的基礎上，採用半導體光譜的表征手段研究CZTS薄膜的本徵缺陷機制，闡明CZTS的元素化學計量比和組分取代（Se取代S）對其本徵缺陷類型、缺陷能級位置的影響規律。研究p型吸收層CZTS/n型緩衝層異質結界面的能帶調控規律，著重研究通過改變n型緩衝層（Zn,Mg）O中Zn與Mg元素比例來調控異質結界面的導帶帯階結構的科學機制。並以本徵缺陷機制和異質結界面調控規律為指導，研製 CZTS/(Zn,Mg)O薄膜太陽能電池器件。
結題摘要
銅鋅錫硫（Cu2ZnSnS4）是新型化合物薄膜太陽能電池吸收層的理想候選材料。該項目研究圍繞銅鋅錫硫薄膜和電池的製備、缺陷相關的科學問題展開，取得了一系列階段性的研究成果。掌握了組分可控、單相的Cu2ZnSnS4 (CZTS)薄膜的製備方法；製備出效率約5 %的CZTS和Cu2ZnSnSe4 (CZTSe)薄膜太陽能電池，性能指標達到國內先進水平；實驗研究發現CZTS中存在占位缺陷CuZn+ZnCu，並初步研究了CZTS中的組分、缺陷對電池性能的影響機制。部分階段性成果已發表SCI論文19篇，其中在Sol. Energy Mater. Sol. Cells，J. Power Sources，RSC Adv.等國內外知名SCI期刊上以第一作者或通訊作者身份發表學術論文13篇，在Phys. Rev. B，Phys. Chem. Chem. Phys., Mater. Lett. 等SCI期刊上以合作作者身份發表論文6篇；在CZTS電池材料和器件的製備方法上，申請國家發明專利3項；協助培養博士研究生兩名，碩士研究生兩名。具體研究成果如下： 1. 開展了Cu2ZnSn(S,Se)4（記為 CZTSSe）合成、晶體結構和帶隙調控的基礎研究。實驗發現CZTSSe多元合金半導體晶格常數符合Vegard 定律。從理論計算和實驗兩個方面確認了CZTSSe多元合金半導體的帶隙隨S/Se比例變化的規律，澄清了前人關於CZTSSe帶隙的一些錯誤認識。研究結果受到同行關注，4篇相關論文發表三年來總引用率已超過200次（統計來源：Web of Science）。CZTSSe晶格振動和禁頻寬度的實驗研究成果已被收錄在CZTS光伏領域日本著名學者Kentaro Ito主編的《Copper Zinc Tin Sulfide-Based Thin Film Solar Cell》（Wiley，2015出版）書籍中（引用位置：書中160-161和168-169頁）。 2. 分別建立和發展了磁控濺射後硫化、溶膠-凝膠和電化學沉積三種製備組分可控的CZTS薄膜的方法，其電池轉換效率已達5%，性能指標達到國內先進水平。 3. 利用拉曼光譜技術確認了占位缺陷CuZn+ZnCu的存在；藉助阻抗譜、導納譜和PL譜等多種缺陷表征手段初步揭示組分調控、缺陷和CZTSe薄膜電池性能之間的關係。
