[發明專利]一種柔性銀銦雙重梯度摻雜的CZTSSe薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011469652.1
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112531036B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 程樹英;嚴瓊;鄧輝;孫全震;楊志遠;謝暐昊
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種柔性銀銦雙重梯度摻雜的CZTSSe薄膜的制備方法，采用溶液法溶解單質及后硒化處理的方式制備薄膜，由不同銀或銦摻雜濃度的CZTSSe薄膜疊層構成，銀含量從上往下梯度降低，銦含量從下往上梯度降低，可用于柔性太陽電池。本發明制得的銀銦雙重梯度摻雜的CZTSSe薄膜中，從下往上為P⁺型—P型—P^?/N⁺型的分布，薄膜內形成一個弱電場，這一電場促進空穴流向背接觸界面、電子流向硫化鎘和吸收層界面，增強對吸收層內部載流子的抽取能力，促進載流子的收集，提高了CZTSSe薄膜太陽電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種基于柔性銀銦雙重梯度摻雜的CZTSSe薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

光伏的發展緩解了化石燃料的能源危機和環境污染問題，其中薄膜太陽電池因具有綠色環保、生產過程能耗小、易于實現卷對卷生產、可柔性等特點而備受關注，其在空間應用、軍事領域、建筑一體化、便攜式可穿戴等領域具有廣闊的應用前景。目前發展迅速的鈣鈦礦薄膜太陽電池、超薄硅基薄膜太陽電池、銅基薄膜太陽電池（CIGS、CZTS、CZTSSe）、二元薄膜太陽電池（CdTe、SbS、SbSe）中，以CZTS(Se)薄膜太陽電池最具發展潛力，其優勢包括原料豐富、化學成分無毒、帶隙范圍合適、理論轉化效率高等。

目前實驗室制備的最高效率的CZTS(Se)薄膜太陽電池其短路電流密度（J_SC）和填充因子（FF）可達到理論值（SQ極限）的80%，但開路電壓（V_OC）僅可達到理論值的59%。因此開路電壓損失限制了CZTS(Se)薄膜太陽電池的進一步發展。第一性原理計算和大量實驗研究表明，造成開路電壓損失的主要原因是：CZTS(Se)中存在大量的的點缺陷和缺陷族以及嚴重的能帶拖尾、吸收層/緩沖層異質結的界面態等。

雙陽離子摻雜策略已成功地應用于剛性CZTS(Se)太陽電池。目前取得的研究進展有：Na、Sb共摻雜的CZTS太陽電池是通過Na與Cu、Sb與Sn位點相互作用，改善了薄膜的結晶和位點無序，改善CZTS的結晶性和晶界性質，減少晶界處和界面處的復合，從而增加少子擴散長度，降低開路電壓損耗。Ag、Cd共摻雜可以減少CZTS價帶附近受主態缺陷（Cd摻雜主導）并減少非輻射復合（Ag摻雜主導），從而增加少子壽命和少子擴散長度，增強了載流子收集和開路電壓。可以看出，關于雙陽離子摻雜的研究比較少，這主要是受限于多元材料合成的復雜性（可能引入缺陷和雜相、結晶不良）。目前還沒有關于雙陽離子摻雜形成吸收層內部電場的相關研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種柔性銀銦雙重梯度摻雜的CZTSSe薄膜及其制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的柔性銀銦雙重梯度摻雜的CZTSSe薄膜由不同銀或銦摻雜濃度的CZTSSe薄膜疊層構成，其中薄膜上部分為不同銀摻雜濃度的CZTSSe薄膜，銀含量從上往下梯度降低；下部分為不同銦摻雜濃度的CZTSSe薄膜，銦含量從下往上梯度降低。

上述柔性銀銦雙重梯度摻雜的CZTSSe薄膜的制備方法包括以下步驟：

（1）清洗柔性襯底并烘干；

所述的柔性襯底為鉬箔或濺射了Mo薄膜的金屬箔/聚酰亞胺薄膜；

（2）將單質銅、鋅、錫、銀或銦、硫、硒按一定比例加入到乙二胺和乙二硫醇中，加熱攪拌至溶解，調整銀或銦的加入量，制備不同摻雜濃度的CZTSSe前驅體溶液；其中Ag/(Ag+Cu)的摩爾百分比為0~6%，In/(In+Sn)的摩爾百分比為0~12%；