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真空蒸发法制备的FTO/(Cu, Ag)2ZnSnSe4薄膜及其电化学分析

DOI:10.1016/j.vacuum.2018.11.055 期刊:Vacuum 出版年份:2018 更新时间:2025-09-09 09:28:46
摘要: 采用热蒸发法在FTO基底上沉积了Cu2ZnSnSe4和Ag2ZnSnSe4薄膜,随后在300?C下退火2小时。XRD分析证实CZTSe和AZTSe薄膜均形成四方结构。通过主晶峰(112)向低角度2θ=26.1?(AZTSe)偏移确认了用Ag替代Cu的引入。拉曼光谱中186 cm-1和183 cm-1处的显著振动峰证实了CZTSe和AZTSe薄膜的形成,该技术还检测到SnSe作为第二相存在。光学光谱对比显示AZTSe薄膜在可见光区的吸收高于CZTSe薄膜,这归因于Ag的表面等离子体共振效应。AFM图像显示两种薄膜均呈金字塔结构。Mott-Schottky曲线表明FTO/CZTSe呈现p型导电性,而FTO/AZTSe薄膜为n型导电性,这种导电性差异源于Cu被Ag取代。通过标准三电极体系在多硫化物电极体系中测试光电化学电池(PEC)性能,对比开路电压Voc值可知AZTSe薄膜比CZTSe薄膜具有更高的Voc值,这对光伏应用至关重要。测得FTO/AZTSe薄膜的光电转换效率(PCE)为0.31%,而FTO/CZTSe约为0.29%。阻抗谱显示FTO/CZTSe和FTO/AZTSe薄膜均呈现半圆特征。
作者: J. Henry,K. Mohanraj,G. Sivakumar
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研究概述 实验方案 设备清单

研究和比较AZTSe薄膜与CZTSe薄膜在太阳能转换中的光电转换性能。

本工作采用热蒸发法在FTO基底上沉积了Cu2ZnSnSe4和Ag2ZnSnSe4薄膜。沉积态薄膜在空气氛围中300°C退火后,研究了其光学-结构及电学性能。XRD与拉曼分析均证实CZTSe和AZTSe薄膜具有四方相结构,且用Ag取代Cu时未发生相变。XRD分析显示AZTSe的(112)晶面峰较CZTSe向低角度偏移,证实Ag原子已替代CZTSe结构中的Cu原子。拉曼分析中FTO/AZTSe薄膜出现AgSe和Ag2Se特征峰,且该技术单独检测到两种薄膜均存在作为次生相的SnSe(可能源自基底)。AZTSe带隙值(1.77(2) eV)较CZTSe(1.92(2) eV)更低。AFM分析显示两种薄膜均呈金字塔结构,FTO/AZTSe薄膜因孔洞形成而具有更高表面粗糙度。Mott-Schottky曲线表明FTO/CZTSe薄膜呈p型导电,而FTO/AZTSe薄膜为n型导电。J-V测试显示FTO/AZTSe薄膜具有更高的光电转换效率(0.31%)。阻抗谱呈现CZTSe和AZTSe薄膜的半圆特征。实验分析表明FTO/AZTSe薄膜可作为光伏应用的潜在候选材料。

与商用CIGS和CdTe相比,CZTSe和AZTSe的效率仍然较低。由于开路电位有限,CZTSe的光电转换性能仍落后于商用太阳能电池。

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