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铜锌锡硫薄膜材料及其器件应用研究进展
摘要
本文综述了铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4，CZTS）薄膜材料及其器件应用的研究进展。首先介绍了CZTS材料的结构、性质及其制备方法，然后重点讨论了CZTS材料在太阳能电池中的应用研究进展。针对CZTS太阳能电池的发展现状和存在的问题，分析了未来的发展方向。最后在总结中提出了CZTS薄膜材料及其器件应用未来的研究方向和发展趋势。
关键词：铜锌锡硫；薄膜材料；太阳能电池；纳米结构；发展趋势
Abstract
Thisarticlereviewstheresearchprogressofcopperzinctinsulfide(Cu2ZnSnS4,CZTS)thinfilmmaterialsandtheirdeviceapplications.Firstly,thestructure,propertiesandpreparationmethodsofCZTSmaterialsareintroduced,andthentheapplicationresearchprogressofCZTSmaterialsinsolarcellsisdiscussedindepth.AimingatthecurrentsituationandexistingproblemsofCZTSsolarcells,thedevelopmentdirectioninthefutureisanalyzed.Finally,theresearchdirectionanddevelopmenttrendofCZTSthinfilmmaterialsandtheirdeviceapplicationsinthefuturearesummarized.
Keywords:Copperzinctinsulfide;Thinfilmmaterials;Solarcells;Nanostructures;Developmenttrends
一、引言
随着全球环境污染和能源危机问题的逐渐加剧，可再生能源逐渐成为了各国关注的重点领域。其中，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源转换技术，备受瞩目。因此，太阳能电池研究领域得到了快速的发展，各种太阳能电池的研究日益深入。
铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4，CZTS）是一种充满潜力的薄膜太阳能电池材料。CZTS具有类似于硅（Si）和硒化镉（CdTe）这些已经广泛应用于工业生产的太阳能电池材料的光电特性，但是CZTS具有无毒、廉价以及在制备过程中对环境友好等优点。因此，CZTS材料在太阳能电池领域具有很大的发展潜力。近年来，CZTS材料及其器件应用的研究进展取得了很大的进展，但是仍然存在许多挑战和问题。本文将综述CZTS薄膜材料及其器件应用的研究进展，并探讨其未来的发展方向和趋势。
二、CZTS材料介绍
CZTS是一种具有层状结构的化合物半导体材料。其晶体结构属于四元并排层状结构（kesterite）的硫化物无机化合物，其化学式为Cu2ZnSnS4。CZTS晶体结构中的Cu、Zn、Sn和S原子分别为四元组分，构成DN、DP和T原子层，如图1所示。
（图1CZTS晶体结构图）
CZTS的电子结构主要受到其三个元素的相互作用影响，因此，CZTS的光电性能主要受到晶格缺陷和杂质的影响。CZTS的带隙约为1.0~1.5eV之间，比硅材料的1.1eV带隙略小，但比CdTe材料的1.5eV带隙略大。CZTS的光吸收系数随着波长变化呈现出明显的峰值，在可见光波段（400~700nm）的光吸收系数较高，适合用于太阳能电池的光电转换。此外，CZTS材料的电子迁移率、暗电导率和光伏效率等参数也受到材料制备和处理过程的影响。
CZTS材料的制备方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶液法、电化学沉积法和蒸发法等多种技术。其中，溶液法和电化学沉积法可以制备大面积、低成本的CZTS薄膜，是制备CZTS太阳能电池最常用的方法之一。
三、CZTS在太阳能电池中的应用研究进展
CZTS作为一种新型的薄膜太阳能电池材料，其在太阳能电池领域的应用研究已经成为热点话题。目前，研究者们已经成功制备了很多种基于CZTS的太阳能电池，并取得了一定的光电转换效率（PCE）。
A.CZTS太阳能电池的现状
CZTS太阳能电池的PCE是衡量其性能的重要指标之一。通过对CZTS太阳能电池的制备过程进行优化，可以改善电池的性能，提高PCE。下表列出了一些已知的CZTS太阳能电池的PCE。
（表1CZTS太阳能电池的PCE）
B.CZTS太阳能电池的问题
尽管CZTS太阳能电池已经取得了一定的进展，但是在实际应用中仍然存在一些问题，如PCE较低、稳定性和长寿命等方面不足。其主要原因是CZTS太阳能电池在制备过程中易受到杂质的污染，形成晶格