Preparation and characterization of Cu2ZnSn(S,Se)4 thin films solar cell with a non-toxic ZnS buffer layer = ZnS 버퍼층을 적용시킨 Cu2ZnSn(S,Se)4 박막 태양전지의 제조 및 특성평가
저자
발행사항
광주 : 전남대학교, 2017
학위논문사항
학위논문(석사)-- 전남대학교 : 신소재공학과 2017. 2
발행연도
2017
작성언어
영어
주제어
DDC
620.11
발행국(도시)
광주
형태사항
79 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 김진혁
소장기관
Recently, Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) has highly attracted light absorber material in thin film solar cells (TFSCs) because of its earth abundance, inexpensive and non-toxic constituents and versatile material characteristics. The kesterite CZTSSe thin films were synthesized by sulfo-selenization of a sputtered Cu/Sn/Zn stacked metallic precursors. Sulfo-selenization of Cu/Sn/Zn stacked metallic precursor thin films has been carried out in a graphite box using rapid thermal annealing (RTA) technique. Annealing process was done under sulfur and selenium vapor pressure using an Ar atmosphere at 520°C for 10 min. The effect of tuning Se/(S+Se) precursor composition ratio on the properties of CZTSSe thin films has been investigated. The structural, morphological, optical properties of CZTSSe thin films and cell efficiency were systematically studied by using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Results indicated that increasing the amount of Se increases the lattice parameters and enhances cell efficiency. Thus, the systematic changes have been observed with increasing Se/(S+Se) ratio in the sulfo-selenized CZTSSe thin films which improves the solar cell performance.
더보기Cadmium free buffer layers ZnS were deposited on Cu2ZnSn(S,Se)4 CZTSSe absorbers by chemical bath deposition. ZnS as buffer layer in thin film solar cells has beneficial effect on improvement of short circuit current density due to less absorption at short wavelengths. ZnS buffer layers were deposited onto CZTSSe absorbers by varying deposition time and its effect on CZTSSe thin film solar cells was investigated. The film thickness of the buffer layers increased linearly with the deposition time. The films deposited for 20min showed 30nm and increased up to 60nm for 50 min deposition. It showed transmittance reduced with increasing the thickness of the ZnS buffer layers. The optical band gaps of the films were found in the range from 3.52 to 3.68 eV. The performance of the solar cells increased with increased deposition time initially then decreased for long deposition times. The variation of short circuit current density of the solar cells was correlated as function of the transmittance of the ZnS buffer layers. The best solar cell with conversion efficiency of 3.84% was obtained with ZnS buffer layer deposited with 56nm obtained at 40min. External quantum efficiency (EQE) of the CZTSSe solar cell showed higher transmission in the short wavelength region indicating less absorption. However the cell showed poor collection efficiency at mid and long wavelength suggesting defects at surface and in the bulk of the CZTSSe absorber which offsets the advantage of gained at short wavelengths. The study reveals that ZnS can be used as buffer layers in Se rich CZTSSe thin film solar cells. Further understanding the defects at the interface between ZnS and CZTSSe absorbers and improving the bulk electronic quality of the CZTSSe absorbers may lead to improved conversion efficiencies.
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