[發(fā)明專利]一種對銅鋅錫硒薄膜太陽能電池吸收層改性的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410305301.5
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104037267A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張庶;白玉玲;向勇
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 李明光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源領(lǐng)域中薄膜太陽能電池的制備方法，具體涉及一種銅鋅錫硒薄膜太陽能電池吸收層改性的方法。

背景技術(shù)

隨著石化能源的逐漸枯竭，尋求穩(wěn)定可靠的替代能源已是本世紀所有人類要面臨的重大生存課題，在眾多新能源中，太陽能由于具有綠色、環(huán)保、輕便、用之不竭的特點而成為理想的未來能源來源。太陽能電池是將太陽光的光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，在新一代薄膜太陽能電池中，銅鋅錫硒(Cu₂ZnSnSe₄，簡寫CZTSe)薄膜太陽能電池由于具有以下優(yōu)勢：第一、光吸收系數(shù)高達10⁴cm^-1；第二、帶隙寬度與太陽光譜匹配性良好；第三、光電轉(zhuǎn)換效率高；第四、原材料成本低廉且安全無毒，可作為銅銦鎵硒(Cu(In,Ga)Se₂，簡寫CIGS)薄膜太陽能電池的有效替代材料，成為目前薄膜太陽能電池的研究熱點。

CZTSe薄膜太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)為：鈉鈣玻璃/Mo/CZTSe吸收層/CdS/ZnO:Al/Ni:Al電極。由于緩沖層材料CdS禁帶寬度為2.42eV，而CTZSe材料禁帶寬度為0.9～1.1eV，因此緩沖層CdS與吸收層CZTSe接觸界面會產(chǎn)生導(dǎo)帶偏移，不利于光生載流子遷移，降低電池性能。因此，通常會對CZTSe吸收層進行硫化改性處理，硫化改性后，會在吸收層表面形成銅鋅錫硫硒(Cu₂ZnSn(S_1-x,Se_x)₄，簡寫CZTSSe)材料，其禁帶寬度為1.1～1.5eV，可以有效降低與緩沖層CdS間的導(dǎo)帶偏移，隨之降低吸收層及緩沖層界面少子復(fù)合率，提高薄膜太陽能電池短路電流密度及開路電壓，進一步提升電池光電轉(zhuǎn)換效率，顯著改善電池性能。

目前，CZTSe吸收層硫化改性處理的方法主要是退火(Bag?S,Gunawan?O,Gokmen?T,et?al.Low?band?gap?liquid-processed?CZTSe?solar?cell?with10.1％efficiency[J].Energy&Environmental?Science,2012,5(5):7060-7065)，該方法需要真空、高溫等制備條件，對設(shè)備要求高，耗時長且制備過程中會用到H₂S毒性氣體，這些都限制了該方法的廣泛應(yīng)用。因此，很有必要尋找一種操作簡便，成本低，安全的對CZTSe吸收層硫化改性的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對背景技術(shù)存在的缺陷，提供了一種銅鋅錫硒薄膜太陽能電池吸收層硫化改性的方法，該改性方法操作簡便，安全，省時，改性后有效降低了吸收層與緩沖層間的導(dǎo)帶偏移，減少了載流子復(fù)合，優(yōu)化了電池性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種對銅鋅錫硒薄膜太陽能電池吸收層改性的方法，包括以下步驟：

步驟1：在鍍鉬的鈉鈣玻璃上制備銅鋅錫硒吸收層；

步驟2：配制前驅(qū)體溶液：在水中分別加入可溶性的銅鹽、可溶性的鋅鹽、可溶性的錫鹽中的任意一種和硫代酰胺類化合物，其中，可溶性的銅鹽、可溶性的鋅鹽或可溶性的錫鹽的物質(zhì)的量濃度為0.001～0.01mol/L，硫代酰胺類化合物的物質(zhì)的量與可溶性的銅鹽或可溶性的鋅鹽或可溶性的錫鹽的物質(zhì)的量之比為20:1；

步驟3：將步驟1得到的帶吸收層的鍍鉬的鈉鈣玻璃浸泡在步驟2配制的前驅(qū)體溶液中，并置于70～90℃的水浴中處理15s～1min；

步驟4：將步驟3處理后得到的帶吸收層的鍍鉬的鈉鈣玻璃用去離子水沖洗，然后在真空干燥箱中40～70℃溫度下干燥2～5h。

其中，步驟1所述的在鍍鉬的鈉鈣玻璃上制備銅鋅錫硒吸收層的方法為直流濺射法，具體過程為：首先，在背底真空為10^-5Pa、工作氣壓為0.8Pa、濺射功率為50W及室溫條件下，以純度不低于99.999wt％的銅、鋅和錫為靶材、以體積百分比計純度不低于99.999％的氬氣作為濺射介質(zhì)在鍍鉬的鈉鈣玻璃上按順序分別濺射銅30min、濺射鋅17min、濺射錫15min；然后將濺射有銅鋅錫的鍍鉬的鈉鈣玻璃在200℃下預(yù)退火4h；最后加入5～8mg硒粉，在560℃條件下硒化退火2h。