[發明專利]銅鋅錫硫四元化合物及其構成的薄膜太陽電池及制備方法

無效

• 申請號: 201010108919.4
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101794826A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 史成武;劉清安;史高楊;陳柱
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及薄膜太陽電池領域，具體是一種薄膜太陽電池及其構成薄膜太陽 電池的銅鋅錫硫四元化合物薄膜的制備方法和p-n結結構薄膜太陽電池的制備方 法。

背景技術

銅鋅錫硫四元化合物不含豐度低的元素Ga、In、Se和有毒元素Cd等，禁 帶寬度約為1.5eV，與太陽光譜相匹配，吸光系數高達10⁴cm^-1。據相關理論推 算，單結銅鋅錫硫四元化合物薄膜太陽電池在AM?1.5和100mW/cm²的光照下， 光伏性能參數為：開路電壓1.23V、短路電流密度29.0mA/cm²、填充因子90.0％、 光電轉換效率可達32.2％，是一種具有廣闊應用前景的薄膜太陽電池。

目前，國內外利用銅鋅錫硫四元化合物作為吸收層材料，p-n結結構均為p- 銅鋅錫硫四元化合物n-硫化鎘，其窗口層仍然含有有毒元素Cd。常見的銅鋅錫 硫四元化合物半導體薄膜的制備方法主要有氣相沉積金屬前驅體法再經硫化、磁 控濺射法等方法，日本專利JP2009135316A利用氣相沉積金屬前驅體再經硫化 制備了銅鋅錫硫四元化合物薄膜及相應的n-硫化鎘/p-銅鋅錫硫四元化合物薄膜 太陽電池，其光電轉換效率達6.9％；Hironori?Katagiri等(Thin?Solid?Films，2007， 515：5997-5999)以同樣的方法制備了銅鋅錫硫四元化合物薄膜及薄膜太陽電池， 獲得了5.74％的光電轉換效率；俄羅斯專利RU2347299C1利用真空濺射金屬前 驅體接著經硫化的兩步法制備了銅鋅錫硫四元化合物薄膜；中國專利 CN101026198A和CN101101939A采用熔煉合金的方法、再經磁控濺射制備了銅 鋅錫硫四元化合物薄膜，這些制備方法的硫化工藝復雜、產物的化學計量比難控 制、制備過程需真空或者氣體保護等。最近，美國化學會志(J.AM.CHEM.SOC. 2009，131，11672-11673；J.AM.CHEM.SOC.2009，131，12554-12555； J.AM.CHEM.SOC.2009，131，12054-12055)報道了在有機溶劑油胺溶液中使用 銅、鋅、錫的金屬有機化合物在225-300℃合成了銅鋅錫硫四元化合物納米材料， 這些制備方法價格昂貴、有機溶劑難以除去、殘留的有機物阻礙了薄膜太陽電池 光伏性能的提高。

發明內容

本發明提供了一種p-n結結構薄膜太陽電池及其構成薄膜太陽電池的銅鋅錫 硫四元化合物薄膜的制備方法和p-n結結構薄膜太陽電池的制備方法，所制備的 薄膜太陽電池具有附著力強、電阻低、原料來源豐富的優點；且制備方法具有化 學計量比容易控制可調、制備工藝簡單、制備過程能耗低、成本低廉、對環境友 好的優點。

本發明的技術方案為：

一種二硫化錫/銅鋅錫硫四元化合物薄膜太陽電池，包括導電玻璃/金屬柵 電極和金屬背電極，其特征在于：所述的導電玻璃/金屬柵電極和金屬背電極之 間有構成p-n結結構的p-銅鋅錫硫四元化合物薄膜和n-二硫化錫薄膜。

所述的銅鋅錫硫四元化合物的制備方法，其特征在于：是將硫化銅、硫化鋅、 硫化亞錫按1∶0.2-0.8∶0.2-0.8的摩爾比混合，然后加入到適量水中球磨混合1 小時以上，將得到的混合液轉移至高壓釜中，在120-280℃下水熱處理2小時以 上，得銅鋅錫硫四元化合物粉末。

所述的二硫化錫/銅鋅錫硫四元化合物薄膜太陽電池的制備方法，其特征在 于：包括以下步驟：

(1)、銅鋅錫硫四元化合物的制備：將硫化銅、硫化鋅、硫化亞錫按1∶0.2-0.8∶ 0.2-0.8的摩爾比混合，然后加入到適量水中球磨混合1小時以上，將得到的混合 液轉移至高壓釜中，在120-280℃下水熱處理2小時以上，得銅鋅錫硫四元化合 物粉末；

(2)、p-銅鋅錫硫四元化合物薄膜的制備：將銅鋅錫硫四元化合物粉末與粘 接劑混合并涂膜，然后在40-100℃下烘干，120-400℃干燥固化1小時以上，得 p-銅鋅錫硫四元化合物薄膜。

所述的粘接劑選用磷酸二氫鋁溶液、氧化鋁與磷酸二氫鋁混合溶液、或氧化 銅與磷酸二氫鋁混合溶液；