[發(fā)明專利]銅鋅錫鍺硒薄膜及其制備方法、銅鋅錫鍺硒薄膜太陽能電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210282575.8
• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102820347A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程冠銘;肖旭東;楊春雷;劉壯;顧光一;羅海林;馮葉
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳先進技術(shù)研究院;香港中文大學(xué)
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/18;H01L31/065
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏技術(shù)，特別是涉及銅鋅錫鍺硒薄膜及其制備方法、銅鋅錫鍺硒薄膜太陽能電池。

背景技術(shù)

薄膜太陽能電池成本低重量輕，能在多種便宜的襯底上制備成器件，便于大規(guī)模生產(chǎn)，是未來太陽能電池發(fā)展的重要方向。其具有光伏效率高和成本低的優(yōu)點，而且由于薄膜太陽能電池的合金材料中的元素銅、鋅、錫及硒的地球儲量非常豐富，不含有毒成分，克服了薄膜太陽能光伏材料的資源瓶頸，在大規(guī)模光伏發(fā)電領(lǐng)域具有可持續(xù)發(fā)展的能力，將是未來薄膜光伏電池中潛力巨大的競爭者。

薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)為多層膜結(jié)構(gòu)，從入光面開始，依次包括：金屬柵極層、透明電極層、窗口層、緩沖層、光吸收層薄膜、背電極層及襯底。在銅鋅錫鍺硒薄膜太陽能電池中銅鋅錫鍺硒薄膜，處于緩沖層與背電極層之間，用于對光的吸收和轉(zhuǎn)換。

雖然以銅鋅錫硫為代表的無銦銅基化合物薄膜太陽能電池的效率最近2年有了顯著提升，但是這類薄膜太陽能電池中，載流子的擴散長度偏小，導(dǎo)致材料深處產(chǎn)生的電荷不能被有效收集，光電轉(zhuǎn)換效率不高。

雖然以銅鋅錫鍺硒薄膜等為光吸收層的太陽能電池的效率最近2年有了顯著提升，但是傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池電池中，載流子的擴散長度偏小，導(dǎo)致材料深處產(chǎn)生的電荷不能被有效收集，導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率不高。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種光電轉(zhuǎn)換效率高的銅鋅錫鍺硒薄膜。

一種銅鋅錫鍺硒薄膜，包括：

入光層，包括第一入光面及與所述第一入光面相對的第一背光面，所述入光層的材料中鍺與錫的摩爾比值沿所述第一入光面到所述第一背光面的方向逐漸降低；及

背光層，包括與所述第一背光面相連的第二入光面及遠離所述第一背光面的第二背光面，所述背光層的材料中鍺與錫的摩爾比值沿所述第二入光面到所述第二背光面的方向逐漸升高；

其中，所述第二入光面處材料與所述第一背光面處材料中鍺與錫的摩爾比值相等，所述第一入光面處材料中鍺與錫的摩爾比值低于所述第二背光面處材料中鍺與錫的摩爾比值。

在其中一個實施例中，所述入光層的厚度為200~500納米，所述背光層的厚度為2000~2300納米。

在其中一個實施例中，所述入光層的第一入光面處材料中鍺與錫的摩爾比為2:3，所述第一背光面及所述第一入光面的材料中鍺與錫的摩爾比均為1:4，所述第二背光面處材料中鍺與錫的摩爾比為3:2。

一種銅鋅錫鍺硒薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將襯底加熱至450~600℃；

采用蒸鍍法或濺射法，分別產(chǎn)生銅蒸汽及鋅蒸汽，并通過蒸鍍法加熱錫源、鍺源及硒源，產(chǎn)生錫蒸汽、鍺蒸汽及硒蒸汽，將所述銅蒸汽、鋅蒸汽、錫蒸汽、鍺蒸汽及硒蒸汽同時沉積在所述襯底上，從第二背光面開始生長所述銅鋅錫鍺硒薄膜，且在生長中的所述銅鋅錫鍺硒薄膜的薄膜表面呈富銅狀態(tài)；

調(diào)節(jié)所述鍺源及所述錫源的加熱溫度，使所述鍺蒸汽與所述錫蒸汽的摩爾比值隨時間逐漸下降，直至背光層沉積形成完畢；

停止輸入所述銅蒸汽，并調(diào)節(jié)所述鍺源及所述錫源的加熱溫度，使所述鍺蒸汽與所述錫蒸汽的摩爾比值隨時間逐漸上升；

當沉積所得薄膜表面材料由富銅狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨氥~狀態(tài)時，停止輸入所述鋅蒸汽及所述鍺蒸汽，并停止對所述襯底的加熱，形成入光層；

當所述襯底溫度下降到420~480℃時，停止輸入所述錫蒸汽；及

當所述襯底溫度下降到260~350℃時，停止輸入所述硒蒸汽，制得銅鋅錫鍺硒薄膜。

在其中一個實施例中，所述調(diào)節(jié)所述鍺源及所述錫源的加熱溫度，使所述鍺蒸汽與所述錫蒸汽的摩爾比值隨時間逐漸下降的方法為：逐漸降低所述鍺源的加熱溫度和/或逐漸升高所述錫源的加熱溫度；

所述調(diào)節(jié)所述鍺源及所述錫源的加熱溫度，使所述鍺蒸汽與所述錫蒸汽的摩爾比值隨時間逐漸上升的方法為：逐漸升高所述鍺源的加熱溫度和/或逐漸降低所述錫源的加熱溫度。

在其中一個實施例中，所述入光層的厚度為200~500納米，所述背光層的厚度為2000~2300納米。

一種銅鋅錫鍺硒薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將襯底加熱至450~600℃；

采用蒸鍍法或濺射法，分別產(chǎn)生銅蒸汽及鋅蒸汽，并通過蒸鍍法加熱錫源、鍺源及硒源，產(chǎn)生錫蒸汽、鍺蒸汽及硒蒸汽，將所述銅蒸汽、鋅蒸汽、錫蒸汽、鍺蒸汽及硒蒸汽同時沉積在所述襯底上，形成第二背光面；

調(diào)節(jié)所述鍺源及所述錫源的加熱溫度，使所述鍺蒸汽與所述錫蒸汽的摩爾比值隨時間逐漸下降，直至背光層沉積形成完畢；