[發明專利]一種提高基于DMSO溶液法制備的銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池性能的方法

在審

• 申請號: 201711209923.8
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108183142A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 韓修訓;趙雲;董琛;李佳佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: H01L31/0392
• 分類號: H01L31/0392;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

本發明公開了一種提高基于DMSO溶液法制備的銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池性能的方法，在傳統的DMSO基CZTS前驅體溶液中加入與其體積比為1:2~1:50的去離子水得到優化的CZTS前驅體溶液；然后將優化的CZTS前驅體溶液涂至基底上，經后硒化處理形成CZTSSe薄膜，最后組裝太陽能電池器件。本發明通過改良前驅體溶液改善了薄膜的質量，有效提高了CZTSSe薄膜太陽能電池的開路電壓、短路電流，填充因子及光電轉換效率。本發明所提供的方法可控性強，工藝簡單，成本低廉，可為發展低成本、高效率的CZTS薄膜太陽能電池技術提供新的思路和途徑，具有規模化工業生產的潛力。

技術領域

本發明涉及一種提高基于DMSO溶液法制備的銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池性能的方法，屬于薄膜太陽能電池技術領域。

背景技術

銅鋅錫硫硒Cu₂ZnSn(S,Se)₄ (CZTSSe)化合物半導體材料因其優異的光吸收特性及組成元素在地殼中儲量豐富且環境友好等優點引起了研究者的極大關注。迄今為止，真空和非真空沉積方法均已成功制備出光電轉換效率超過10％的CZTSSe薄膜太陽能電池。其中，IBM采用聯氨溶液實現了12.6%的最高轉換效率，呈現出了良好的商業化應用前景，極大地鼓舞了該領域的研究。為避免有毒溶液的使用，基于二甲基亞砜（DMSO）的溶液制備方法由于無毒、低成本成為CZTSSe薄膜太陽能電池最具潛力的制備方法之一。目前采用此方法制備CZTSSe薄膜太陽能電池最高效率已高達11.8％。然而，在吸收層中通常會出現較多晶界，二次相和微觀空隙，這限制了太陽能電池器件性能的進一步改善。研究發現包括Cux(S,Se)，Zn(S,Se)，Sn(S,Se)x及Cu₂Sn(S,Se)₃在內的各種二次相均會影響對太陽能電池性能，尤其是開路電壓和填充因子。此外，研究發現在退火過程中在CZTSSe薄膜表面也會形成SeO₂二次相，盡管其對器件性能的影響尚不明確。而在溶液法制備CZTSSe薄膜過程中前驅體溶液的特性十分關鍵，比如溶液的粘度，濃度，浸潤特性及pH值等因素均會影響成膜質量，結晶性及電學性質。通過前驅體溶液的優化預期可提高薄膜的質量進而提高器件性能。

因此，探索一種優化的DMSO前驅體溶液，得到相成分單一、微觀結構優良的高質量的CZTSSe吸收層對進一步提高CZTSSe薄膜太陽能電池器件性能不僅具有科學價值，而且更具有現實意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高基于DMSO溶液法制備的銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池性能的方法。

本發明通過在DMSO基CZTS前驅體溶液中引入去離子水優化前驅體溶液的粘度、pH值及沸點等參數，采用傳統旋涂方法制備CZTS前驅體薄膜，經后硒化處理制備得到相成分單一、微觀結構優良的高質量的銅鋅錫硫硒（CZTSSe）吸收層薄膜，制備過程中前驅體溶液調節方便，可簡化成膜過程，生產設備簡單，適于規模化生產。

一種提高基于DMSO溶液法制備的銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池性能的方法，其特征在于在傳統的DMSO基CZTS前驅體溶液中加入與其體積比為1: 2~1:50的去離子水得到優化的CZTS前驅體溶液；然后將優化的CZTS前驅體溶液涂至基底上，經后硒化處理形成CZTSSe薄膜，最后組裝太陽能電池器件。

本發明通過在DMSO基CZTS前驅體溶液中引入適量去離子水優化前驅體溶液的粘度、pH值及沸點等參數，制備得到優化的CZTS前驅體薄膜，經后硒化處理得到高質量的銅鋅錫硫硒（CZTSSe）吸收層薄膜，有效的提高了器件的開路電壓、短路電流、填充因子及光電轉換效率，實驗可重復性和穩定性也比較好，在太陽能電池方面有較好的應用價值。

本發明所提供的方法可控性強，工藝簡單，成本低廉，可為發展低成本、高效率的CZTS薄膜太陽能電池技術提供新的思路和途徑，具有規模化工業生產的潛力。

附圖說明