[發(fā)明專利]一種用CuAlO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811170363.4
• 申請(qǐng)日: 2018-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN109378362B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚斌;宋燕平;李永峰;劉瑞健;丁戰(zhàn)輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;H01L21/02;H01L31/032
• 代理公司: 長(zhǎng)春市恒譽(yù)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明涉及一種用CuAlO₂過(guò)渡層提高銅鋅錫硫硒太陽(yáng)電池效率的方法,屬于光電子半導(dǎo)體和太陽(yáng)電池領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于通過(guò)在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(SLG/Mo/CZTSSe/CdS/i?ZnO/ITO/Al)的CZTSSe太陽(yáng)電池背電極Mo和CZTSSe吸收層之間增加一層CuAlO₂(CAO)非晶薄膜，阻礙硒化時(shí)Se蒸氣和CZTSSe中的Se與Mo的反應(yīng)，減小Mo(S,Se)₂層的厚度，抑制二次相的生成，提高CZTSSe的晶體質(zhì)量，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明利用磁控濺射制備CAO薄膜，溶液法制備CZTSSe薄膜。當(dāng)CAO層厚度為10.6nm時(shí)，可使太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率提高24％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用CuAlO₂非晶薄膜修飾背電極界面提高銅鋅錫硫硒太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法, 屬于光電子半導(dǎo)體和太陽(yáng)電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

具有kesterite結(jié)構(gòu)的銅鋅硒硫硒(Copper Zinc Tin Sulfide Selenide，CZTSSe)是一種直接帶隙的半導(dǎo)體材料，由于其帶隙在1.0-1.5eV連續(xù)可調(diào)，吸收系數(shù)高(α10⁴cm^-1)，組成元素地球儲(chǔ)藏豐富，制備成本低和對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，被認(rèn)為是替代CuInGaSe₂(CIGS)制備薄膜太陽(yáng)電池的理想吸收層材料，近年來(lái)受到了人們廣泛深入的研究^[1-3]。截至目前，以CZTSSe為吸收層、結(jié)構(gòu)為SLG/Mo/CZTSSe/CdS/i-ZnO/indium tinoxide(ITO)/Al grid 薄膜太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率(Power Conversion Efficiency，PCE)最高已達(dá)12.6％^[4]。但這一PCE遠(yuǎn)低于其理論預(yù)期的31％^[5]和CIGS電池的22％^[6]。許多實(shí)驗(yàn)和理論研究表明導(dǎo)致CZTSSe太陽(yáng)電池PCE低的主要原因之一是在硒化過(guò)程中背電極界面易發(fā)生如下反應(yīng)：

導(dǎo)致在CZTSSe/Mo背電極界面形成Mo(S,Se)₂(MSSe)層及Cu₂(S,Se)，Zn(S,Se)和Sn(S,Se)二次相。其中，MSSe具有雙重作用，^[7,8]一方面，它的功函數(shù)高，與CZTSSe可形成準(zhǔn)歐姆接觸，當(dāng)其厚度較薄時(shí)，可增強(qiáng)CZTSSe 與背電極間的緊密接觸，這些優(yōu)點(diǎn)有利于光生載流子的傳輸和收集，提高電池PCE；另一方面，如果MSSe 層的厚度過(guò)大，將使太陽(yáng)電池串聯(lián)電阻(R_S)顯著增加，CZTSSe與Mo不能緊密接觸，造成電池PCE下降。二次相的生成從兩個(gè)方面影響太陽(yáng)電池的PCE。一是會(huì)在背電極界面形成旁路電流，降低光生載流子的收集效率，表現(xiàn)為并聯(lián)電阻(R_Sh)減小，二是Sn(S,Se)、Zn(S,Se)易揮發(fā)，極易從背界面逃離，導(dǎo)致界面孔洞的形成，界面復(fù)合率增加，表現(xiàn)為反向飽和電流密度(J₀)增加。這兩方面的作用將導(dǎo)致太陽(yáng)電池短路電流密度(J_SC)，開路電壓(V_OC)和填充因子(FF)減小，降低PCE。因此，尋找抑制二次相的形成、減小MSSe層厚度的方法和技術(shù)成為提高CZTSSe太陽(yáng)電池PCE的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一。