Research progress of kesterite solar cells

铜锌锡硫基薄膜太阳电池制备方法铜锌锡硫吸收层的制备方法主要分为真空法和非真空法，针对真空法如溅射和共蒸发工艺的研究较早 [13,14] 。 相比于使用多靶材的共溅射，化合物靶材更加简单实用，但是一般情况下溅射得到的薄膜相对化合物靶材的成分 偏离依赖于溅射条件，必须严密控制靶材的成分比例以及溅射条件。共蒸发工艺可以通过元素通量、基底温度以 及原材料纯度等方面对薄膜进行很好的控制， 然而真空法的高成本和高能耗限制了大规模工业化生产。 相较之下， 非真空溶液法在前驱体化合物的选择、前驱体薄膜堆积方式、掺杂和合金化等方面具有更大的选择空间，更便于 调控材料性质并且成本更低 [15,16] 。 研究者基于真空以及非真空工艺对铜锌锡硫基薄膜太阳电池的薄膜晶粒生长机理、阳离子掺杂、前后界面钝 化、异质结退火进行研究，对"高开路电压损失"的关键原因和机制有了进一步的认识，图2(a)汇总了效率超过 12%的溶剂体系效率进程。图中所显示高效器件的制备单位信息详细内容如下：国际商用机器公司(IBM), 加州大 学洛杉矶分校(UCLA), 河南大学(HENU), 深圳大学(SZU), 南京邮电大学(NJUPT), 中国科学院物理研究所(IOP, CAS), 中国科学院长春应用化学研究所(CIAC, CAS), 河北大学(HBU)。最早用于制备铜锌锡硫薄膜太阳电池吸 收层材料的溶剂体系是肼溶液，由于肼溶液挥发后不存在碳残留，因此吸收层结晶性良好，由此制备得到的 效率为12.6%的器件一度成为世界纪录的长期保持者 [17]。之后，随着其他溶剂体系的开发以及优化，CZTSSe 器件效率屡创新高，肼溶液由于剧毒且易爆炸的特性被淘汰。目前制备高效CZTSSe器件常用的溶剂体系包括 乙二醇甲醚(2-Me)体系 [18] 、 二甲基亚砜(DMSO)体系 [19] 、 N， N-二甲基甲酰胺(DMF) [20] 体系和乙二胺(EDA)+1,2-乙二硫醇(EDT) [21] 体系、巯基乙酸(TGA) [22] 等，基于这些溶液体系的工艺均制备得到了效率高于12%的铜锌锡 硫硒薄膜太阳电池。六种不同的溶剂体系达到了12%的效率, 即: 巯基乙酸溶液基(13.50%,IOP, CAS) [22] , 乙二胺+ 乙二硫醇溶液基(12.35%,HENU) [23] , 乙二醇甲醚溶液基( 14