[發(fā)明專利]一種銅鉀鋅錫硫吸收層的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110039924.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN112802924B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊大明;趙明;任國(guó)銨;王晨;李羽嫻;董梁正;陶圣葉;仝浩;王漢鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;H01L21/02;H01L31/032
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明提供了一種銅鉀鋅錫硫吸收層的制備方法，屬于光電材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明直接利用銅鉀鋅錫硫靶材經(jīng)真空磁控濺射制備銅鉀鋅錫硫吸收層預(yù)制層，再經(jīng)退火即可得到銅鉀鋅錫硫吸收層吸收層，鉀元素分布均勻，操作簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定性高，生產(chǎn)成本低。具體的，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法減少了濺射后沉積KF的步驟，同時(shí)K元素能夠均勻分布于最終所得銅鉀鋅錫硫吸收層吸收層中，K元素鈍化缺陷、促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)得以在整個(gè)銅鉀鋅錫硫吸收層中均勻體現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅鉀鋅錫硫吸收層的制備方法。

背景技術(shù)

銅鋅錫硫(Cu₂ZnSnS₄，簡(jiǎn)稱CZTS)系薄膜太陽(yáng)能電池作為第三代太陽(yáng)電池的代表，具有光電轉(zhuǎn)化效率高、性能穩(wěn)定、抗輻射性能好和制備成本低等優(yōu)勢(shì)。為了獲得大晶粒、結(jié)晶質(zhì)量良好的半導(dǎo)體吸收層通常需要高溫工藝，但是CZTS吸收層的高溫穩(wěn)定性較差，高溫下極易分解進(jìn)而導(dǎo)致晶體缺陷、成分變化、性能劣化等一系列問題。

將K元素引入CZTS吸收層中得到CKZTS(銅鉀鋅錫硫)吸收層，能夠鈍化CZTS吸收層晶界缺陷，提升CZTS吸收層質(zhì)量；同時(shí)有利于促進(jìn)元素?cái)U(kuò)散、幫助晶粒生長(zhǎng)，使得在不超過600℃的較低溫度條件下即可獲得結(jié)晶質(zhì)量良好的CKZTS吸收層。現(xiàn)有技術(shù)中制備CKZTS吸收層時(shí)，主要包括兩種方法，一種方法是利用濺射法制備得到CZTS薄膜或CZT合金預(yù)制膜，于該CZTS薄膜或CZT合金預(yù)制膜表面采取熱蒸發(fā)的手段沉積KF(氟化鉀)層，并在后續(xù)硫化退火過程中，通過元素?cái)U(kuò)散獲得CKZTS吸收層；該方法工序復(fù)雜，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，且K元素集中分布于CZTS表面層，無法實(shí)現(xiàn)均勻分布。另一種方法是利用溶液法制備CKZTS吸收層，具體是在CZTS吸收層前驅(qū)體溶液基礎(chǔ)上添加鉀鹽；該方法具體是在非真空條件下進(jìn)行，不適用于大面積生產(chǎn)以及連續(xù)性生產(chǎn)，且操作穩(wěn)定性差。因此，提供一種操作簡(jiǎn)單、K元素分布均勻的CKZTS吸收層制備方法，是目前亟需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種銅鉀鋅錫硫吸收層的制備方法，本發(fā)明提供的方法操作簡(jiǎn)單，且制備得到的銅鉀鋅錫硫吸收層中鉀元素分布均勻。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種銅鉀鋅錫硫吸收層的制備方法，包括以下步驟：

提供銅鉀鋅錫硫靶材；

將所述銅鉀鋅錫硫靶材進(jìn)行真空磁控濺射，得到銅鉀鋅錫硫預(yù)制層；

將所述銅鉀鋅錫硫預(yù)制層進(jìn)行退火，得到銅鉀鋅錫硫吸收層；其中，所述銅鉀鋅錫硫吸收層的組成包括：鉀的原子百分比為0.005～10％，S的原子百分含量與Cu、Zn和Sn總的原子百分含量之比為(0.8～1.3)：1，Cu的原子百分含量與Zn和Sn總的原子百分含量之比為(0.6～1.0)：1，Zn的原子百分含量與Sn的原子百分含量之比為(0.8～1.4)：1。

優(yōu)選地，所述銅鉀鋅錫硫靶材的制備方法，包括以下步驟：

將CZTS粉末和KF粉末進(jìn)行球磨，得到混合粉料；其中，所述CZTS粉末為Cu₂S粉末、ZnS粉末和SnS₂粉末的混合物；

將所述混合粉料進(jìn)行燒結(jié)，得到銅鉀鋅錫硫靶材。

優(yōu)選地，所述球磨為濕磨，所述濕磨后還包括：將所得濕磨物料干燥，得到混合粉料；

其中，所述濕磨采用的球磨介質(zhì)包括乙醇或水，所述CZTS粉末和KF粉末的總質(zhì)量與磨球、球磨介質(zhì)的質(zhì)量比為1：(1～20)：(1～20)；所述濕磨的轉(zhuǎn)速為100～600rpm，時(shí)間為0.5～20h。

優(yōu)選地，所述燒結(jié)的方式包括常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)或熱等靜壓燒結(jié)。