硫化物靶与单质靶制备Cu₂ZnSnS₄薄膜的比较研究

徐信¹，王书荣^1,2，马逊¹，杨帅¹，李耀斌¹，杨洪斌¹

1. 云南师范大学云南省农村能源工程重点实验室2. 云南师范大学云南省光电技术重点实验室

摘 要：为了验证磁控溅射硫化物靶替代单质靶制备Cu₂ZnSnS₄（CZTS）薄膜及太阳电池的可行性与优越性,采用多周期磁控溅射ZnS-Sn-CuS和Zn-Sn-Cu制备CZTS薄膜,并分析了使用不同溅射靶材对薄膜晶体结构、相纯度、表面粗糙度、化学组分、表面、截面形貌及光电特性的影响。按SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ZnO:Al/Ni-Al结构制成完整的电池器件并测量了J-V曲线。结果显示采用ZnS-Sn-CuS靶制备的CZTS薄膜太阳电池开路电压为611 mV,短路电流密度为21.28mA/cm²,光电转换效率达5.11%;而以单质靶为基础制备的太阳电池开路电压为594mV,短路电流密度为18.56 mA/cm²,光电转换效率为4.13%。这归因于采用ZnS-Sn-CuS制备的CZTS薄膜相比于单质靶更加平整致密,纵向生长更好。证明了采用硫化物靶制备CZTS薄膜及太阳电池相较于单质靶的优越性。

关键词：铜锌锡硫薄膜;太阳电池;二元硫化物靶;金属单质靶;