[發明專利]銅鋅錫硫太陽能電池器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201310393325.6
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103474487A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 徐苗苗;楊春雷;馮葉;肖旭東;顧光一;程冠銘;郭延璐;于冰;鮑浪
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院;香港中文大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術領域

本發明涉及光伏技術，特別是涉及一種銅鋅錫硫太陽能電池器件及其制備方法。

背景技術

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，便于大規模生產，是未來太陽能電池發展的重要方向。銅鋅錫硫（CZTS）太陽能電池能夠同時兼顧高效率和低成本，由于其合金材料中的元素銅、鋅、錫及硫的地球儲量非常豐富，不含有毒成分，從而也克服了薄膜太陽能光伏材料的資源瓶頸，使得銅鋅錫硫太陽能電池在大規模光伏發電上具有在未來逐漸取代銅銦鎵硒（CIGS）太陽能電池的潛力。

在銅基太陽能電池中，光吸收層與緩沖層及窗口層構成PN結。緩沖層在這里的作用主要是減小光吸收層和窗口層之間的帶隙臺階，調節導帶邊失調值，降低晶格失配率，提高形成的PN結質量。

在傳統的銅鋅錫硫太陽能電池中，緩沖層為硫化鎘（CdS）緩沖層，銅鋅錫硫薄膜組成的光吸收層與硫化鎘緩沖層及窗口層構成PN結，但硫化鎘緩沖層材料和銅鋅錫硫光吸收層之間晶格失配率較高，晶格失配會使界面處缺陷增加，從而增加載流子的復合率，增加暗電流，限制銅鋅錫硫太陽能電池的開路電壓。

發明內容

基于此，有必要提供一種緩沖層與光吸收層間晶格失配率較低的銅鋅錫硫太陽能電池器件。

一種銅鋅錫硫太陽能電池器件，包括依次層疊的襯底、背電極層、光吸收層、緩沖層及窗口層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜，所述緩沖層由ZnS_xSe_1-x制成，其中，0.44＜X＜1。

在其中一個實施例中，所述緩沖層中，X的值為0.89。

此外，還有必要提供一種上述銅鋅錫硫太陽能電池器件的制備方法。

一種銅鋅錫硫太陽能電池器件制備方法，包括以下步驟：

通過磁控濺射法，在襯底上制備背電極層；

在所述背電極層上制備光吸收層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜；

采用共蒸發法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnS_xSe_1-x制成的緩沖層，其中，0.44＜X＜1；及

通過磁控濺射法，在所述緩沖層上制備窗口層，得到銅鋅錫硫太陽能電池器件。

在其中一個實施例中，所述采用共蒸發法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnS_xSe_1-x制成的緩沖層的步驟具體為：將鋅單質、硫單質及硒單質作為蒸發源，對所述鋅單質、硫單質及硒單質進行共蒸發，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnS_xSe_1-x制成的緩沖層。

在其中一個實施例中，在所述對所述鋅單質、硒單質及硫單質進行共蒸發的步驟中，對所述鋅單質的加熱溫度為450～550℃，對所述硫單質的加熱溫度為80～150℃，對所述硒單質的加熱溫度為150～250℃。

在其中一個實施例中，在所述對所述鋅單質、硒單質及硫單質進行共蒸發的步驟中，對所述鋅單質、所述硫單質及所述硒單質的加熱溫度分別為500℃、130℃及210℃，蒸發時間持續100S，蒸發結束后冷卻20min。

在其中一個實施例中，所述采用共蒸發法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnS_xSe_1-x制成的緩沖層的步驟具體為：將鋅單質、硫化鋅及硒單質作為蒸發源，對所述鋅單質、硫化鋅及硒單質進行共蒸發，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnS_xSe_1-x制成的緩沖層。

在其中一個實施例中，在所述對所述鋅單質、硫化鋅及硒單質進行共蒸發的步驟中，對所述鋅單質的加熱溫度為500℃，對所述硫化鋅的加熱溫度為1050℃，對所述硒單質的加熱溫度為200℃。

在其中一個實施例中，所述采用共蒸發法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnS_xSe_1-x制成的緩沖層的步驟具體為：將硒化鋅、硫單質及硒單質作為蒸發源，對所述硒化鋅、硫單質及硒單質進行共蒸發，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnS_xSe_1-x制成的緩沖層。

在其中一個實施例中，所述在所述背電極層上制備光吸收層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜的步驟具體為：對銅源、鋅源、錫源及硫源進行共蒸發，以在所述背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜；或者，對銅靶、硫化鋅靶和硫化錫靶進行磁控濺射，在所述背電極層上形成銅鋅錫硫前驅層，對所述銅鋅錫硫前驅層進行硫化退火，以在所述背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜。