[發明專利]一種制備Ag2ZnSnS4同質結薄膜電池的方法

有效

• 申請號: 201611041994.7
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106384760B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 丁建寧;馬昌昊;袁寧一;郭華飛;張克智
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/068;H01L31/032
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技術領域

本發明涉及一種Ag₂ZnSnS₄同質結薄膜電池的方法。

背景技術

近年來，隨著地球上石油和煤炭等化石燃料的逐漸耗盡以及環境污染嚴重，可再生能源的利用與開發顯得越來越緊迫，其中，太陽能光伏發電將取之不盡的輻射到地面上的太陽能通過太陽電池等光伏器件的光電轉換而源源不斷地轉變成為電能，已經成為可再生能源中最安全、最環保和最具潛力的競爭者。目前制約太陽能光伏發電產業發展的瓶頸在于成本較高和轉換效率偏低。精選電池材料并優化組件設計與制作工藝，轉換效率有望得到提升；而提高生產效率擴大產能，成本也會隨之得到降低。目前在太陽能電池中廣泛使用的是晶體硅太陽能電池，占全球太陽能市場的90％，目前單晶硅太陽能電池的實驗室效率已經達到25.6％。與此同時，基于不同光伏材料和不同結構的諸多太陽能電池不斷涌現。薄膜太陽能電池可以應用在柔性電池領域，并且使用材料較少，受到了廣泛關注。目前研究較多的是Cu₂ZnSnS₄、Cu(In,Ga)Se₂、CdTe、GaAs等薄膜電池，但是由于一些有毒物質的使用，元素的稀缺導致的成本提高，這些電池并沒有得到廣泛的應用。因此需要開發新型的電池，既要降低成本又要避免有毒物質的使用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術中電池成本高、還需要使用有毒物質的技術問題，提供一種制備Ag₂ZnSnS₄同質結薄膜電池的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種制備Ag₂ZnSnS₄同質結薄膜電池的方法，其包括：提供SLG襯底；在所述SLG襯底上磁控濺射Mo靶材形成Mo電極層；在所述Mo電極層上依次濺射SnS、ZnS、Ag三種靶材，形成疊層AZT前驅體結構；在所述疊層AZT前驅體結構上共同濺射SnS、ZnS、Ag三種靶材，形成AZT前驅體薄膜；將所述AZT前驅體薄膜硫化退火，形成AZTS半導體薄膜；在所述AZTS半導體薄膜上濺射形成本征ZnO層；在所述本征ZnO層上濺射形成ITO層；在ITO層上蒸發制備銀電極層，形成Ag₂ZnSnS₄同質結薄膜電池。

作為本發明的一個優選的實施例，所述Mo電極層的厚度為600nm，所述AZT前驅體薄膜的厚度為300nm，所述銀電極層的厚度為150nm。

作為本發明的一個優選的實施例，在提供SLG襯底之前還包括步驟：對SLG玻璃依次用泡沫水，丙酮，乙醇和去離子水超生清洗，然后干燥。

作為本發明的一個優選的實施例，所述在所述SLG襯底上磁控濺射Mo靶材形成Mo電極層包括：將清洗干凈的SLG襯底放入濺射腔體，采用磁控濺射單靶沉積方法，濺射靶材為Mo靶材，工作氣體為99.999％濃度的氬氣，工作氣壓為0.7pa，功率為90W制得Mo電極層。

作為本發明的一個優選的實施例，所述在所述Mo電極層上依次濺射SnS、ZnS、Ag三種靶材，形成疊層AZT前驅體結構包括：采用SnS，ZnS，Ag靶材按照順序疊層濺射，將具有所述Mo電極層的SLG襯底放入濺射腔體，工作氣體為99.999％濃度的氬氣，工作壓強為0.7Pa，SnS、ZnS、Ag三種靶材的功率分別為60W，90W，60W，濺射時間分別為80、75、15分鐘，形成疊層AZT前驅體結構。

作為本發明的一個優選的實施例，所述在所述疊層AZT前驅體結構上共同濺射SnS、ZnS、Ag三種靶材，形成AZT前驅體薄膜包括：采用磁控濺射多靶共沉積方法，用SnS、ZnS、Ag三種靶材進行共濺，工作氣體為99.999％濃度的氬氣，工作壓強為0.7Pa，SnS、ZnS、Ag三種靶材的功率分別為36W，90W，10W，濺射時間為5min，形成AZT前驅體薄膜。

作為本發明的一個優選的實施例，所述將所述AZT前驅體薄膜硫化退火，形成AZTS半導體薄膜包括：將具有AZT前驅體薄膜的SLG襯底放入有H₂S氣氛的高溫管式爐中，硫化退火溫度為500℃，保持120min。

作為本發明的一個優選的實施例，所述在所述AZTS半導體薄膜上濺射形成本征ZnO層包括：采用磁控濺射單靶沉積方法將具有AZTS半導體薄膜的SLG襯底放入磁控濺射腔體，加熱至80℃，以99.999％濃度的氬氣作為工作氣體，工作壓強為0.7Pa，功率為60W，濺射25分鐘形成本征ZnO層。