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第一篇 导论 3

1 CZTS基薄膜太阳电池概述 3

Kentaro Ito 3

1.1 引言 3

1.2 光伏效应 4

1.3 最佳光伏半导体的探寻 17

1.4 结论 27

致谢 27

参考文献 27

2 CZTS基薄膜太阳电池的市场挑战 33

Arnulf Jager-Waldau 33

2.1 引言 33

2.2 化合物薄膜技术与制造 34

2.3 CZTS太阳电池的市场挑战 38

2.4 结论 39

参考文献 39

第二篇 四元硫化物半导体的物理化学性质 45

3 Cu2ZnSnS4（CZTS）的晶体学特征 45

Susan Schorr 45

3.1 引言：如何定义晶体结构？ 45

3.2 CZTS的晶体结构 47

3.3 CZTS 中的点缺陷以及化学计量比的作用 56

3.4 共生锌黄锡矿和黄锡矿的差别：仿真模拟方法 58

3.5 结论 59

参考文献 59

4 第一性原理模拟电子结构和光学性质 62

Clas Persson，Rongzhen Chen，Hanyue Zhao，Mukesh Kumar，Dan Huang 62

4.1 引言 62

4.2 计算背景 64

4.3 晶体结构 66

4.4 电子结构 68

4.5 光学性质 80

4.6 结论 83

致谢 84

参考文献 84

5 锌黄锡矿：平衡态和第二相识别 88

Dominik M.Berg，Phillip J.Dale 88

5.1 引言 88

5.2 锌黄锡矿的反应化学 89

5.3 物相识别 95

致谢 104

参考文献 104

6 CZTS单晶生长 109

Akira Nagaoka，Kenji Yoshino 109

6.1 引言 109

6.2 生长过程 109

6.3 CZTS单晶的性质 115

6.4 结论 118

致谢 118

参考文献 119

7 物理性质：实验数据汇编 121

Sadao Adachi 121

7.1 引言 121

7.2 结构性质 122

7.3 热学性质 124

7.4 力学和晶格动力学性质 127

7.5 电子能带结构 130

7.6 光学性质 136

7.7 载流子传输特性 140

参考文献 143

第三篇 薄膜合成及其太阳电池应用 149

8 物理气相沉积前驱体层的硫化 149

Hironori Katagiri 149

8.1 引言 149

8.2 第一个CZTS薄膜太阳电池 149

8.3 ZnS作为前驱体的Zn源 151

8.4 吸收层厚度的影响 151

8.5 新的硫化系统 152

8.6 形貌的影响 153

8.7 带退火室的共溅射系统 154

8.8 有效组分 154

8.9 CZTS化合物靶材 155

8.10 结论 162

参考文献 162

9 CZTS的反应溅射 164

Charlotte Platzer-Bjorkman，Tove Ericson，Jonathan Scragg，Tomas Kubart 164

9.1 引言 164

9.2 反应溅射工艺 165

9.3 溅射前驱体的特性 166

9.4 溅射前驱体的退火 172

9.5 器件性能 173

9.6 结论 174

参考文献 175

10 CZTS薄膜的共蒸发及其太阳电池 177

Thomas Unold，Justus Just，Hans-Werner Schock 177

10.1 引言 177

10.2 基本原则 177

10.3 工艺变量 182

致谢 188

参考文献 188

11 纳米晶墨水合成CZTSSe薄膜 191

Charles J.Hages，Rakesh Agrawal 191

11.1 引言 191

11.2 纳米晶合成 192

11.3 纳米晶表征 199

11.4 烧结 200

11.5 结论 210

参考文献 210

12 非真空工艺制备CZTS薄膜 217

Kunihiko Tanaka 217

12.1 引言 217

12.2 溶胶－凝胶硫化法 218

12.3 采用溶胶－凝胶硫化法制备CZTS薄膜 219

12.4 与化学成分比的关系 223

12.5 与H2S浓度的关系 225

12.6 非真空工艺制备的CZTS太阳电池 227

参考文献 228

13 CZTS基单晶粒的生长及其在薄膜太阳电池中的应用 230

Enn Mellikov，Mare Altosaar，Marit Kauk-Kuusik，Kristi Timmo，Dieter Meissner，Maa rja Grossberg，Jüri Krustok，Olga Volobujeva 230

13.1 引言 230

13.2 单晶粒粉体的生长和工艺基础 231

13.3 化学蚀刻对单晶粒表面成分的影响 235

13.4 CZTS基单晶粒的热处理 236

13.5 CZTS基单晶粒和多晶材料的光电性质 238

13.6 结论 243

参考文献 243

第四篇 薄膜太阳电池的器件物理 249

14 CZTS基薄膜太阳电池中晶界的作用 249

Joel B.Li，Bruce M.Clemens 249

14.1 引言 249

14.2 CIGSe和CdTe太阳电池 250

14.3 CZTS基薄膜太阳电池 253

14.4 结论 261

参考文献 261

15 共蒸发法制备CZTS基薄膜太阳电池 267

Byungha Shin，Talia Gershon，Supratik Guha 267

15.1 引言 267

15.2 CZTS和CZTSe吸收层的制备 269

15.3 共蒸发CZTS和CZTSe吸收层的基本性质 269

15.4 全硫化物CZTS薄膜太阳电池的器件特性 277

15.5 全硒化物CZTSe薄膜太阳电池的器件特性 282

15.6 结论 284

参考文献 285

16 锌黄锡矿太阳电池中的损失机制 289

Alex Redinger and Susanne Siebentritt 289

16.1 引言 289

16.2 当前最先进的CZTS基薄膜太阳电池 289

16.3 主要的复合途径 291

16.4 带隙变化 296

16.5 串联电阻及其与Voc损失的关系 299

16.6 结论 303

致谢 304

参考文献 304

17 肼处理工艺制备CZTSSe的器件特性 309

Oki Gunawan，Tayfun Gokmen，David B.Mitzi 309

17.1 引言 309

17.2 器件特性 310

17.3 结论 324

致谢 325

参考文献 325