[發明專利]一種銀摻雜銅鋅錫硫硒光吸收層薄膜材料及其在太陽能電池中的應用

有效

• 申請號: 201610950422.4
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN106298995B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 韓修訓;趙雲;李文;李健
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司62002
• 代理人: 周瑞華

1.一種銀摻雜銅鋅錫硫硒光吸收層薄膜材料，其特征在于該薄膜材料通過以下方法制備得到：

1）為配置不同Ag含量的CZTS前驅體溶液，Cu+Ag的總濃度保持在0.07~0.13 mol/L范圍內，將0.07~0.13 mol/L金屬銅鹽和金屬銀鹽加入有機溶劑中，攪拌至完全溶解后，加入0.03~0.07 mol/L金屬錫鹽繼續攪拌至溶解，然后加入0.03~0.09 mol/L金屬鋅鹽攪拌至完全溶解，最后加入2 mol/L的含硫化合物攪拌至完全溶解形成穩定的ACZTS前驅體溶液；

2）將鍍鉬玻璃依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗干凈；

3）將前驅體溶液旋涂到鍍鉬的玻璃基底上，然后在150 ℃~550 ℃干燥1~10分鐘，反復旋涂沉積；

4）待旋涂完畢后將樣品置于400 ℃~600 ℃硒化處理5分鐘~1小時，升溫速率為10 ℃/min~50 ℃/s，在退火過程中，持續通保護氣體N₂，流量為10~40 mL/min，即可得到ACZTSSe薄膜。

2.如權利要求1所述的薄膜材料，其特征在于所述ACZTSSe薄膜的厚度為1.5~3 μm。

3.如權利要求1所述的薄膜材料，其特征在于所述銅鹽、鋅鹽及錫鹽為銅、鋅、錫的硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽或氯化鹽；所述銀鹽為硝酸銀。

4.如權利要求1所述的薄膜材料，其特征在于所述含硫化合物為硫粉、硫脲、硫代乙酰胺或硫醇；所述有機溶劑為乙醇、乙二醇甲醚、二甲基亞砜、乙醇胺、乙二醇或水。

5.如權利要求1至4中任一項所述銀摻雜銅鋅錫硫硒光吸收層薄膜材料在太陽能電池中的應用，其特征在于通過銀摻雜銅鋅錫硫硒光吸收層薄膜材料制備太陽能電池的步驟：

1）將鎘鹽加入去離子水中，待攪拌至完全溶解后加入氨水形成鎘的前驅體溶液，記為溶液a；將硫脲加入去離子水中，攪拌至完全形成含硫的前驅體溶液，記為溶液b；將ACZTSSe薄膜浸入溶液a中60~85 ℃預處理5~30分鐘，然后加入溶液b沉積5~25分鐘形成硫化鎘緩沖層；

2）采用射頻磁控濺射方法，采用純度為99.99%的i-ZnO靶材在硫化鎘緩沖層上沉積本征氧化鋅薄膜，工藝參數為：本底真空度≤5.0×10^-4 Pa，射頻濺射功率為80~300W，襯底溫度為室溫，Ar流量為2~35 sccm，濺射時間為10~60分鐘；

3）采用直流磁控濺射方法，以99.99%的In₂O₃:SnO₂為靶材，在本底真空度≤5.0×10^-4Pa，直流濺射功率為10~100 W，襯底溫度為室溫，Ar流量為10 sccm的條件下濺射20~60分鐘得到厚度為100~400 nm厚的In₂O₃:SnO₂（ITO）透明導電層；

4）采用熱蒸發的方式制備鋁電極，工藝參數為：本底真空度≤5.0×10^-4 Pa，蒸發舟為鉬舟，襯底溫度為室溫，蒸發電流為120 A，持續時間為6~20分鐘。

6.如權利要求5所述的應用，其特征在于所述硫化鎘緩沖層經干燥處理，干燥溫度為60~200 ℃，干燥時間為5~30分鐘。

7.如權利要求5所述的應用，其特征在于所述鎘鹽為鎘的硫酸鹽、氯化鹽、碘化鹽或醋酸鹽。

8.如權利要求5所述的應用，其特征在于所述溶液a中鎘的濃度為0.01~0.2 mol/L，溶液b中硫的濃度為1~5 mol/L，氨水的質量百分比濃度為25%~28%。

9.如權利要求5所述的應用，其特征在于所述硫化鎘緩沖層的厚度為20~100 nm。