鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)的銅鋅錫硫（Cu2ZnSnS4，CZTS）材料與目前在薄膜太陽電池領(lǐng)域表現(xiàn)出色的黃銅礦結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒[Cu(In,Ga)Se，CIGS]材料具有相似的晶體結(jié)構(gòu),且CZTS的組成元素在地球上含量豐富，安全無毒，非常適合用來發(fā)展高效、廉價的太陽電池，近期CZTS基太陽電池的高效率已達(dá)到12.6%，在科研和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。本書回顧了CZTS的發(fā)展歷史，對CZTS薄膜的制備方法、前驅(qū)物的電沉積技術(shù)、前驅(qū)物的硫化工藝，以及CZTS薄膜光電性能的表征技術(shù)進(jìn)行了綜述。在此基礎(chǔ)上，作者研究電沉積技術(shù)制備Cu-Zn-Sn金屬前驅(qū)物，在硫氣氛中采用快速退火技術(shù)制備CZTS薄膜，并對薄膜的光電性能進(jìn)行了表征。
關(guān)于本書銅鋅錫硫（Cu2ZnSnS4，CZTS）材料與目前在薄膜太陽電池領(lǐng)域表現(xiàn)出色的銅銦鎵硒[Cu(In,Ga)Se，CIGS]材料具有相似的晶體結(jié)構(gòu), 且CZTS的組成元素在地球上含量豐富，安全無毒，非常適合用來發(fā)展高效、廉價的太陽電池。本書開發(fā)了一種電沉積制備Cu-Zn-Sn金屬前驅(qū)物的技術(shù)，并對薄膜的硫化退火工藝及光電性能進(jìn)行了研究。本書特色銅鋅錫硫（CZTS）一種非常適合在太陽電池中應(yīng)用并且很有潛力的材料。在光伏大規(guī)模的發(fā)展中，CZTS是一種廉價、地球中較為豐富的材料。Jonathan J. Scragg 率先研究與優(yōu)化了這種材料低成本的制備路線，涉及相關(guān)3種元素的電鍍，以及在硫蒸氣中的快速熱處理過程（RTP）。他的RTP研究（結(jié)合XRD、EDX以及拉曼等技術(shù)）詳細(xì)揭示了成分、制備過程以及光伏器件之間復(fù)雜的關(guān)系。這本特殊的著作對于清潔、可持續(xù)以及可替代能源的發(fā)展有著重要的貢獻(xiàn)。
譯者序作者導(dǎo)師序原書致謝縮略語物理量第1章緒論11.1薄膜光伏11.2 CZTS: 性質(zhì)、歷史及器件效率21.3薄膜材料的制備過程31.4 CZTS前驅(qū)物的電沉積31.5 CZTS前驅(qū)物的硫化41.6 CZTS薄膜的光電性能測試41.7本研究的主要任務(wù)51.8本書的結(jié)構(gòu)5參考文獻(xiàn)6第2章金屬前驅(qū)物的電極沉積82.1電化學(xué)沉積（電沉積）82.1.1電化學(xué)電池和沉積反應(yīng)82.1.2三電極電池92.1.3電沉積的循環(huán)伏安法102.1.4析氫反應(yīng)122.1.5恒電位電沉積142.2 Cu2ZnSnS4前驅(qū)物制備的實(shí)驗(yàn)方法162.2.1共沉積與SEL法162.2.2電沉積的形貌控制182.2.3電沉積的質(zhì)量傳輸控制182.3 Cu、Sn和Zn的電極沉積192.3.1 Cu的電極沉積192.3.2 Sn的電極沉積202.3.3 Zn的電極沉積202.4電沉積方法的描述212.4.1襯底212.4.2電解液212.4.3電化學(xué)裝置212.4.4循環(huán)伏安法222.4.5垂直工作電極的沉積過程222.4.6旋轉(zhuǎn)圓盤電極的沉積過程222.5電極沉積薄膜的表征232.6 Cu的電沉積242.6.1襯底的考慮242.6.2銅的堿性山梨醇電解液的循環(huán)伏安262.6.3電極沉積物的形貌272.7 Sn的電極沉積：甲烷磺酸電解液282.7.1襯底282.7.2循環(huán)伏安282.7.3電極沉積物的形貌292.8酸性氯化物電解液中Zn的電極沉積302.8.1襯底302.8.2 Zn的酸性氯化物電解液的循環(huán)伏安302.8.3 Zn電極沉積的形貌312.8.4 Cu和Sn襯底上沉積Zn的差異322.8.5添加第二個銅層使Zn沉積332.9實(shí)現(xiàn)前驅(qū)物的宏觀均勻性342.9.1在垂直工作電極上電沉積的問題342.10旋轉(zhuǎn)圓盤電極電化學(xué)沉積362.10.1加強(qiáng)對流對循環(huán)伏安法的影響362.10.2使用RDE沉積薄膜的均勻性362.11確定前驅(qū)物對疊層的沉積條件392.11.1電沉積步驟的效率402.11.2前驅(qū)物厚度與成分的設(shè)計(jì)422.11.3前驅(qū)物設(shè)計(jì)中式（2.32）的應(yīng)用452.12 Cu｜Sn｜Cu｜Zn疊層的表征46小結(jié)47參考文獻(xiàn)48第3章預(yù)制層轉(zhuǎn)換為復(fù)合物半導(dǎo)體503.1前驅(qū)物合金503.1.1 Cu-Zn 系統(tǒng)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三元體系533.2硫的結(jié)合：Cu-Zn-Sn-S 體系543.2.1樣品成分的表示543.2.2在Cu2S-ZnS-SnS2準(zhǔn)三元體系中的相553.3 Cu-Zn-Sn-S體系中相的區(qū)分573.3.1 X射線衍射573.3.2拉曼光譜593.3.3區(qū)分物相的其他方法593.4Cu2ZnSnS4的晶體結(jié)構(gòu)593.4.1鋅黃錫礦和黃錫礦593.5 Cu2ZnSnS4的形成反應(yīng)613.6快速熱處理過程623.6.1 RTP系統(tǒng)的介紹623.6.2兩步過程中的硫源623.7前驅(qū)物的制備633.8退火/硫化過程643.9轉(zhuǎn)換材料的表征653.10刻蝕653.11金屬疊層在無硫氛圍中退火653.11.1 Cu-Zn雙層的退火653.11.2 Cu-Sn 雙層的退火673.11.3 Cu-Sn-Zn薄膜的退火693.11.4 Cu/Sn/Cu/Zn 前驅(qū)物的退火723.12在硫的氛圍中對前驅(qū)物疊層退火753.12.1前驅(qū)物中硫元素的結(jié)合753.12.2相形成與溫度的關(guān)系773.12.3在500℃時，相圖的演變與時間的函數(shù)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在高的加熱速率下提出的CZTS形成模型903.13.1在500~550℃時的反應(yīng)順序90小結(jié)92參考文獻(xiàn)93第4章硫化條件及前驅(qū)物成分對CZTS相演變的影響974.1硫化條件對薄膜生長的影響974.1.1文獻(xiàn)中的硫化條件974.1.2硫化過程中Zn的損失984.1.3硫化過程中SnS的損失994.2前驅(qū)物的成分對于薄膜生長的影響994.2.1 Cu的含量對CuInSe2和CuInS2薄膜生長的影響994.2.2 Cu含量對于CZTS薄膜生長的影響1004.3硫化氣壓的影響1024.3.1 S元素在硫化過程中的行為1024.3.2硫化氣壓對硫化速率的影響1054.3.3硫化氣壓對晶粒尺寸的影響1074.3.4硫化氣壓對晶粒取向的影響1084.3.5硫化氣壓對成分的影響1104.4硫化時間的影響1124.4.1 S蒸氣的滯留時間1124.4.2較長退火時間下的晶粒生長1144.4.3硫化過程中的元素?fù)p失1154.5改變Cu含量的影響1164.5.1成分測試的實(shí)驗(yàn)方法1164.5.2前驅(qū)物組分中Cu含量的研究1164.5.3硫化樣品的成分與相結(jié)構(gòu)1164.5.4 KCN刻蝕對于不同Cu含量樣品的影響1194.5.5 Cu含量對晶粒尺寸的影響1224.6 Zn/Sn比例的一些影響1224.7偏離化學(xué)計(jì)量比時生長模型的修正1244.8硫化過程中元素?fù)p失的分析1254.8.1 Sn損失的初步觀測1254.8.2元素?fù)p失對樣品成分分布的影響1274.9晶粒尺寸變化趨勢的觀測130小結(jié)132參考文獻(xiàn)134第5章Cu2ZnSnS4薄膜的光電特性：生長條件與前驅(qū)物成分的影響1365.1文獻(xiàn)中CZTS材料的特性1365.1.1 CZTS的帶隙1365.1.2 CuInSe2和CZTS中的缺陷1375.1.3二次相對光電特性的影響1375.1.4 CZTS器件的成分1395.2光電化學(xué)表征技術(shù)1405.2.1半導(dǎo)體-電解液界面的結(jié)的形成1405.2.2半導(dǎo)體中載流子的產(chǎn)生1435.2.3載流子收集及外量子效應(yīng)1435.2.4非輻射復(fù)合1445.2.5暗電流1455.2.6 EQE光譜的測試1455.2.7電化學(xué)電池的反射與吸收的修正1465.2.8 EQE光譜及EQE偏置曲線的分析1475.3光電化學(xué)測試1505.3.1樣品的制備1505.3.2光電化學(xué)電池1505.3.3 LED光照下的光電流1505.3.4光電流光譜（EQE的測試）1505.3.5光電流的高頻測試1515.3.6偏置電容的測試1515.4光電化學(xué)測試條件的確定1515.4.1光電流-電壓測試1515.4.2 KCN刻蝕的影響1535.5硫化時間的影響1535.5.1光電流密度隨硫化時間的演化1545.5.2帶隙隨硫化時間的演化1565.5.3空間電荷區(qū)的寬度和受主密度的改變1575.5.4關(guān)于短路電流隨硫化時間變化的解釋1585.6硫化過程中背景氣壓的影響1595.7硫化溫度的影響1615.8 Cu含量的影響1625.9 Cu2ZnSnS4薄膜帶隙的變化趨勢1645.9.1假設(shè)A：鋅黃錫礦-黃錫礦固溶體1655.9.2假設(shè)B：Cu2ZnSnS4-Cu2ZnSn3S8的相互作用168小結(jié)169參考文獻(xiàn)170第6章進(jìn)一步研究的結(jié)論與展望1726.1硫化條件的作用1736.2前驅(qū)物成分的作用1746.3進(jìn)一步研究的展望177參考文獻(xiàn)178
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