[發明專利]一種提高銅鋅錫硫/硫化銦太陽能電池效率的方法

有效

• 申請號: 201610571961.7
• 申請日: 2016-07-20
• 公開（公告）號: CN106024963B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 俞金玲;鄭重明;程樹英;賴云鋒;鄭巧;周海芳;董麗美
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01L31/072
• 分類號: H01L31/072;H01L31/18
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種提高銅鋅錫硫/硫化銦太陽能電池效率的方法。

背景技術

一般銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS₄，簡稱CZTS）薄膜太陽能電池結構為：介質/底電極/吸收層（CZTS）/緩沖層/透明導電層/上電極，其中緩沖層主要用來降低透明導電層與吸收層之間的能帶不連續現象，一般會使用高透光率，電阻率在5.0~120Ω?cm的材料?，F在的太陽能電池主要是使用CdS作為緩沖層，但CdS是一種有毒性的材料，不適合持續發展，故需要發展一種無毒、環保的材料來代替。硫化銦（In₂S₃）是一種無毒、禁帶寬度在1.9~3.7eV的半導體材料，是一種較為理想的替代CdS作為銅鋅錫硫薄膜太陽能電池緩沖層的新型材料。

但由于銅鋅錫硫/硫化銦的導帶帶階（CBO）為（0.41±0.10eV）比最優的范圍（0~0.3eV）高，這會使得光生電子受到高的勢壘的阻礙，因而阻礙了光生電流，使短路電流密度和填充因子減小了，降低了電池的性能。針對這個問題，本發明通過控制緩沖層的生長溫度來達到提升銅鋅錫硫太陽能電池的效率的目的。而通過控制緩沖層生長溫度來提升銅鋅錫硫太陽能電池的效率，目前還沒有相關的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高銅鋅錫硫/硫化銦太陽能電池效率的方法，通過控制緩沖層的生長溫度來達到提升銅鋅錫硫太陽能電池的效率的目的。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種提高銅鋅錫硫/硫化銦太陽能電池效率的方法，其具體包括以下步驟：

步驟1）：對透明玻璃片進行清潔處理，即將玻璃片依次在去離子水、丙酮和乙醇中進行超聲處理，然后取出、烘干；

步驟2）：將步驟1）烘干的玻璃片放入濺射機的基片架上，之后抽真空，濺射金屬鉬；

步驟3）：將一水合醋酸銅（Cu(CH₃COOH)₂?H₂O）、二水合醋酸鋅（Zn(CH₃COOH)₂?2H₂O）以及二水合氯化亞錫（SnCl₂?2H₂O）混合后，加入硫脲溶解到乙二醇甲醚中，并加入穩定劑，50℃水浴加熱攪拌1h，得到膠體；

步驟4）：利用旋涂法將步驟3）制備的膠體涂覆在步驟2）所得的鉬基片上， 經280℃烘烤制成銅鋅錫硫預制層薄膜；重復數次以達到所需薄膜厚度，膜厚為800nm；

步驟5）：把步驟4）制得的銅鋅錫硫預制層薄膜樣品放入石英舟，再放進硫化爐中的石英玻璃管內，用機械泵對石英玻璃管抽真空，到5pa以下后關閉機械泵；然后往爐中的石英玻璃管通入N₂氣體，流量為180sccm，通10min后保持通入N₂氣體，再通入H₂S氣體，流量為20sccm；十分鐘之后，開始讓硫化爐升溫，1h后升到580℃，保持溫度1h，隨后用冷卻水冷卻4h至室溫，制得太陽電池吸收層材料銅鋅錫硫薄膜；

步驟6）：將步驟5）制得的銅鋅錫硫薄膜（負載在鉬基片上）置于真空蒸發爐的蒸發腔內；將硫化銦粉末置于蒸發舟中，再放進蒸發腔內；將蒸發腔抽真空后，對負載有銅鋅錫硫薄膜的鉬基片進行加熱，待基片升高到150℃時，加電流對蒸發舟進行加熱，至蒸發舟內的硫化銦粉末完全蒸發，此時電流為100A，然后停止蒸發，得到銅鋅錫硫/硫化銦異質結；

步驟7）：在步驟6）所得的異質結上濺射上本征氧化鋅；

步驟8）：在步驟7）制備的樣品上濺射摻銦氧化錫；

步驟9）：在步驟8）制備的樣品上覆蓋掩膜版后，用真空熱蒸發柵狀金屬鋁電極。

步驟1）所述超聲處理的時間均為15分鐘；所述烘干的溫度為100℃，烘干時間為25-40分鐘。

步驟2）中的濺射為直流濺射，濺射氣體為Ar氣，氣壓為1.0Pa，功率80W，時間20min，所得的鉬薄膜厚度為1μm。

步驟6）中，經蒸發得到的銅鋅錫硫/硫化銦異質結中硫化銦薄膜厚度為50nm；置于蒸發舟中的硫化銦粉末的質量為100mg；加電流對蒸發舟進行加熱的速率為10A/分鐘。

步驟6）中，所述蒸發舟為鉬舟；抽真空時，將蒸發腔內抽至真空度為1.0×10^-3帕。