[發(fā)明專利]一種銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的制備方法

有效

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• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103400895A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設計）人: 于冰;楊春雷;程冠銘;馮葉;鮑浪;郭延璐;徐苗苗
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C23C14/35
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武;沈祖鋒

【技術領域】

本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池領域，具體涉及一種銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的制備方法。

【背景技術】

在新一代薄膜太陽能電池材料中，具有低成本，高效率和環(huán)境友好的銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS₄；CZTS）薄膜太陽能電池材料已經(jīng)成為研究的重點和熱點。作為太陽能電池材料，CZTS具有合適的禁帶寬度（1.5ev）以及較大的光吸收系數(shù)（10⁴cm^-1以上），更關鍵的是該材料的組成元素在地球上含量豐富且安全無毒無污染，CZTS在國際上被認為是最具有前途的廉價光伏材料之一。

制備CZTS薄膜太陽能電池主要采用磁控濺射、電沉積、溶液法等方法制備出含有銅鋅錫元素或含有銅鋅錫硫元素的前軀體；然后將得到的前軀體在硫化氫或者硫蒸氣的氣氛中退火，使前軀體內(nèi)的原子發(fā)生化學反應、結(jié)晶，從而得到多晶態(tài)的CZTS薄膜；退火之后的CZTS薄膜經(jīng)過水浴法沉積CdS、AZO生長、電子束蒸發(fā)制作Ni-Al電極后就成為常用的薄膜太陽能電池組件?？梢娡嘶鸸に囍苯佑绊懥薈ZTS薄膜的質(zhì)量，對薄膜中光吸收層的組分和晶體結(jié)構等都有著極為重大的影響。因此，退火溫度曲線的設計直接影響了CZTS薄膜太陽能電池的性能。

目前，為了得到多晶態(tài)的CZTS薄膜，普遍采用高溫熱處理的方法。將前驅(qū)體快速加熱到大約500℃，保溫一段時間后冷卻，前驅(qū)體內(nèi)發(fā)生化學反應形成銅鋅錫硫四元相的過程和四元相的結(jié)晶是在一小時內(nèi)同時進行的。這樣由于銅鋅錫硫預置層中個組分的反應和結(jié)晶沒有明顯的溫度界限，導致其在反應不充分的情況下就開始結(jié)晶，使得未反應的硫化錫過度揮發(fā)，造成吸收層組分的偏差，影響電池電壓及光電轉(zhuǎn)換效率等性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

基于此，有必要提供一種結(jié)晶性能好的銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的制備方法，包括下述步驟：

步驟S110：提供一襯底；

步驟S120：將銅、鋅、錫及硫四種元素沉積于所述襯底表面，以形成銅鋅錫硫前驅(qū)體；

步驟S130：將所述銅鋅錫硫前驅(qū)體置于真空環(huán)境中，并通入由保護氣體和硫化氫氣體組成的混合氣體，其中，所述硫化氫氣體的濃度為1%～5%；

步驟S140：將上述銅鋅錫硫前驅(qū)體以6.25℃/min～13.75℃/min的升溫速率從室溫升溫至150℃～300℃，并保溫10min～20min；

步驟S150：以5℃/min的升溫速率升溫經(jīng)步驟S140后的反應物至480℃，并保溫20min～30min；

步驟S160：以5℃/min的升溫速率升溫經(jīng)步驟S150后的反應物至500℃，并保溫15min后自然冷卻至室溫，在襯底表面得到銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜。

在本實施例中，步驟S110中，所述襯底為具有金屬基背電極的襯底。

在本實施例中，步驟S120中，以銅、硫化鋅、二硫化錫作為靶材，采用濺射法，將銅、鋅、錫及硫四種元素沉積于所述襯底表面，以形成銅鋅錫硫前驅(qū)體。

在本實施例中，步驟S130和步驟S170中，所述保護氣體為氮氣或氬氣中的一種。

采用上述技術方案，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明上述實施例提供的銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的制備方法，通過將銅、鋅、錫及硫四種元素沉積于襯底表面，以形成銅鋅錫硫前驅(qū)體，然后將銅鋅錫硫前驅(qū)體置于真空環(huán)境中，再通入硫化氫氣體進行退火；在退火過程中使前驅(qū)體在一個不流失組分的溫度下先發(fā)生化學反應，形成銅鋅錫硫的四元相；然后將溫度緩慢提升至結(jié)晶溫度，使銅鋅錫硫充分的結(jié)晶，從而形成均勻的，致密的銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜。

同時，本發(fā)明上述實施例提供的銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的制備方法綠色無污染，反應條件溫和、簡單，成本低廉，適于實驗室研究及工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明實施例提供的銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的制備方法的步驟流程圖100。

圖2為本發(fā)明實施例1提供的銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的SEM照片。

圖3為本發(fā)明實施例2提供的銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的SEM照片。

圖4為本發(fā)明實施例3提供的銅鋅錫硫太陽能電池吸收層薄膜的SEM照片。

【具體實施方式】