Оптимізація властивостей плівок Cu2ZnSn(Ge)S4, отриманих спрей-піролізом, для сонячних елементів третього покоління

Abstract

Дисертаційна робота присвячена визначенню умов синтезу плівок CZTS методом спрей-піролізу з оптимізованими властивостями, придатних для приладового використання; розробці технологічного підходу для легування плівок атомами Ge та дослідженню механізмів заміщення атомів Sn на Ge під час осадження шарів CZTGeS; комплексному дослідженню плівок CZTS і CZTGeS у залежності від різних фізико- та хіміко-технологічних умов осадження та післяростового лазерного відпалу з метою оптимізації їх характеристик для використання у СЕ третього покоління; дослідженню впливу концентрації сірки у прекурсорі на структурні характеристики плівок CZTS та її подальшому впливу на робочі параметри СЕ; визначенню впливу оптичних втрат, концентрації атомів Ge і Sn у поглинальному шарі CZTGeS, матеріалу різних буферних шарів (CdS, ZnS, ZnMgO, SnS2) та зміни енергії роботи виходу електрону тильного контактного шару на основні фотоелектричні характеристики СЕ; визначенню параметрів необхідних для оптимізації конструкції таких СЕ з покращеними робочими характеристиками. Розроблена методика та установлені зв’язки між фізико-хімічними умовами синтезу плівок CZT(Ge)S, їх післяростовими лазерними відпалами та структурними, субструктурними, оптоелектричними характеристиками і елементним складом можуть бути використані для створення СЕ з високою ефективністю фотоперетворення та низькою собівартістю.

Диссертация посвящена определению условий синтеза пленок CZTS методом спрей-пиролиза с оптимизированными свойствами, пригодных для приборного использования; разработке технологического подхода для легирования пленок атомами Ge и исследованию механизмов замещения атомов Sn на Ge при осаждения слоев CZTGeS; комплексному исследованию пленок CZTS и CZTGeS в зависимости от различных физико-и химико-технологических условий осаждения и послеростового лазерного отжига с целью оптимизации их характеристик для использования в солнечных элементах (СЭ) третьего поколения; исследованию влияния концентрации серы в прекурсорах на структурные характеристики пленок CZTS и ее дальнейшем влиянии на рабочие параметры СЭ; определению влияния оптических потерь, концентрации атомов Ge и Sn в поглощающем слое CZTGeS, материала различных буферных слоев (CdS, ZnS, ZnMgO, SnS2) и изменение энергии работы выхода электрона тыльного контактного слоя на основные фотоэлектрические характеристики СЭ; определению параметров необходимых для оптимизации конструкции таких СЭ с улучшенными рабочими характеристиками. Разработанная методика и установленные связи между физико-химическими условиями синтеза пленок CZT(Ge)S, их послеростовых лазерных отжигов и структурными, субструктурными, опто-электрическими характеристиками и элементным составом могут быть использованы для создания СЭ с высокой эффективностью фотопревращения и низкой себестоимостью.

The dissertation is devoted to the determination of the conditions for the synthesis of CZTS films by the spray pyrolysis method with optimized properties, suitable for instrument using; the development of a technological approach for alloying films with Ge atoms and the study of the mechanisms of the replacement of Sn atoms by Ge during the deposition of CZTGeS layers; the comprehensive analysis of CZTS and CZTGeS films depending on various physical and chemical technological conditions of deposition and post-growth laser annealing in order to optimize their properties for use in third generation solar cells (SC); the study of the effect of sulfur concentration in precursors on the structural characteristics of CZTS films and its further influence on SCs operational parameters; the determination of the impact of optical losses, the concentration of Ge and Sn atoms in the CZTGeS absorber layer, the material of various buffer layers (CdS, ZnS, ZnMgO, SnS2) and the change in the energy of work function of back contact layer on the basic photoelectric characteristics of SC; the determination of the parameters needed to optimize the design of such solar cells with improved working characteristics. The developed technique and the established relationships between the physicochemical conditions of the synthesis of CZT(Ge)S films, their post-growth laser annealing, and structural, substructural, optoelectrical characteristics, together with elemental composition can be used to produce SCs with high photoconversion efficiency and low cost-price.