[發(fā)明專利]柔性雙陽離子摻雜的CZTSSe太陽電池界面鈍化方法

有效

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• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112490332B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)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: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L31/0216
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發(fā)明涉及一種柔性雙陽離子摻雜的CZTSSe太陽電池界面鈍化方法，其特征在于，在CZTSSe/CdS異質結界面形成Li摻雜，實現晶界處納米電場反轉，鈍化異質結界面缺陷，抑制載流子復合；在CZTSSe/Mo背接觸界面形成Ge摻雜，實現能帶調控，鈍化背接觸界面缺陷，抑制電子流向背接觸界面，減小界面復合。該方法不僅有利于提高電池的光電轉換效率，而且工藝簡單、成本低廉、綠色環(huán)保，滿足了大規(guī)模批量生產與商業(yè)化的需求，制備的柔性CZTSSe太陽電池可安裝在非平面平臺上，具有較強的推廣與應用價值。

技術領域

本發(fā)明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種柔性雙陽離子摻雜的銅鋅錫硫硒（CZTSSe）太陽電池界面鈍化方法。

背景技術

薄膜化和柔性化是太陽電池未來發(fā)展的重要方向。薄膜太陽電池因具有綠色環(huán)保、能耗低、可柔性等特點而備受關注，而柔性太陽電池可安裝在非平面平臺上，可望擴展太陽電池的應用領域。目前發(fā)展迅速的薄膜太陽電池包括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）等。其中，CZTS(Se)薄膜元素豐度高、綠色環(huán)保、帶隙合適，極具商業(yè)化潛力，有望成為未來最具發(fā)展前景的薄膜太陽電池吸收層材料之一。

制約CZTSSe太陽電池效率提升的因素是吸收層的缺陷和界面問題，其中界面問題包括CZTSSe/CdS異質結界面和CZTSSe/Mo背接觸界面。因此界面鈍化是突破電池效率的有效技術路徑。

已報道的鈍化CZTSSe/CdS界面的方案如下：通過S和SnS混合氣氛硫化，減少界面缺陷，促進掩埋結形成，降低界面復合；優(yōu)化導帶階（CBO）的能級排列，降低界面復合；通過異質結熱處理，增加載流子壽命，極大降低界面復合。

已報道的鈍化CZTSSe/Mo界面的方案如下：加入高電導、高穩(wěn)定性中間層TiB₂，這雖然抑制了MoSe₂生成，但阻擋了Na擴散，使得吸收層結晶變差；加入“消耗性”中間層Ag、Bi，這雖然可以降低載流子復合，但阻擋了Na擴散，性能改善并不是很顯著；加入“重新分布型”中間層碳，這雖然無法消除背接觸的孔洞，但使碳在孔洞壁富集，促進載流子輸運；加入“自組裝開孔”中間層（超薄Al₂O₃），這可以消除背接觸的孔洞，極大抑制了MoSe₂生成。

關于雙陽離子摻雜的研究很少，其主要用于剛性CZTS(Se)太陽電池，包括：通過Na、Sb共摻雜改善CZTS薄膜的結晶和位點無序，減少晶界處和界面處的復合，降低開路電壓損耗；通過Ag、Cd共摻雜減少CZTS價帶附近受主態(tài)缺陷和非輻射復合，從而增加少子壽命和少子擴散長度，增強載流子收集和開路電壓。目前還沒有通過Li、Ge雙陽離子摻雜進行CZTSSe太陽電池界面鈍化的相關研究。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種柔性雙陽離子摻雜的CZTSSe太陽電池界面鈍化方法，該方法有利于提高電池的光電轉換效率。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種柔性雙陽離子摻雜的CZTSSe太陽電池界面鈍化方法，其特征在于，在CZTSSe/CdS異質結界面形成Li摻雜，實現晶界處納米電場反轉，鈍化異質結界面缺陷，抑制載流子復合；在CZTSSe/Mo背接觸界面形成Ge摻雜，實現能帶調控，鈍化背接觸界面缺陷，抑制電子流向背接觸界面，減小界面復合。

進一步地，在CZTSSe太陽電池中，吸收層為在兩側分別摻雜Li和Ge的CZTSSe薄膜，在CZTSSe/CdS異質結界面形成Li摻雜的濃度梯度，摻雜濃度從異質結界面到吸收層內部逐漸降低，在CZTSSe/Mo背接觸界面形成Ge摻雜的濃度梯度，摻雜濃度從背接觸界面到吸收層內部逐漸降低。

進一步地，該方法包括以下步驟：

（1）清洗柔性襯底并吹干備用；