题目：CuZnSn合金薄膜的电化学制备、表征及其在太阳能电池中的应用

铜锌锡硫薄膜太阳能电池（Cu2ZnSnS4 Thin Film Solar Cell简称CZTS TFSC），因其原料来源丰富、光吸收系数高、对环境友好，具有巨大发展前景，近年来引起太阳能电池研究者的广泛关注。这类电池是由已被工业化应用的铜铟镓硒Cu(In,Ga)SexS2-x薄膜太阳能电池（CIGS TFSC）转换而来，其中In和Ga稀有元素采用Ⅱ族元素Zn和Ⅳ族元素Sn来替代形成了Cu2ZnSnS4（CZTS）材料，因而CZTS薄膜电池的材料制备方法和器件结构都与铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS TFSC）有类似之处。目前在众多的真空和非真空制备CZTS材料的方法中，均有不错的光电效率产生。针对目前已有方法的不足之处，本论文通过一种创新型的电化学沉积法，即设计新的溶液滴加方式和脉冲沉积方式，最终获得了组成可控的CZTS薄膜材料，并制备了CZTS TFSC，获得最高电池效率为3.02%。论文所得创新型结果如下：

1）基于常规的分步（依次电镀Cu/Zn/Sn三种金属）电化学和一步（同时电镀Cu-Zn-Sn三种金属）电化学沉积Cu-Zn-Sn金属预制层的基础上，为获得比例可控且元素分布均匀CZTS薄膜材料，提出了通过向二元锌锡混合溶液中逐步滴加铜溶液的方法，来间接控制三种金属元素的电沉积量。由于第三种金属溶液滴加量可控，以二元共沉积模型实现三元体系更可控共沉积，因而制备出了可控铜/锌/锡比例的薄膜电池。

2）在常见的恒电位沉积的基础上，为获得表面平整致密、颗粒均匀的Cu-Zn-Sn金属的预制层薄膜，本论文创新性的使用了脉冲电化学沉积法。通过设置脉冲沉积电位和占空比，在合金化处理和硫化处理的基础上，最终制备获得一系列元素比例精确可控的CZTS薄膜材料，并将其制备成电池器件获得一定的电池效率。

3）研究逐步从Cu-Zn-Sn金属预制层的制备、合金化处理、硫化退火处理的方法步骤到影响因素进行了实验分析，在此基础上研究了不同的铜溶液滴加速度对薄膜的成分比例、物相结构、表面形貌和元素价态进行了逐步探讨，最终获得一系列比例可控的CZTS薄膜，得到了最佳比例（Zn/Sn=1.15， Cu/(Zn+Sn)=0.78，S/Total Metal=0.97）的且符合电池器件制备要求的CZTS薄膜材料的制备条件为铜溶液滴加速度为0.15ml/min，合金化参数为300℃，30min，硫化退火条件为580℃，30min。

研究将电池器件结构从衬底的选择到Mo背电极、CdS缓冲层到窗口层i-ZnO和AZO的制备和性能表征，揭示了CZTS TFSC制备的基本流程、实验参数和各层之间的相互关系，并制备出最佳铜溶液滴加速度下的CZTS TFSC，获得最高的电池效率为3.02%。到目前为止，是该课题研究范围内首次使用脉冲电沉积方式制备了铜锌锡硫薄膜太阳能电池（CZTS TFSC）并获得电池效率的研究方案。