[發明專利]含錫的多元化合物光吸收層以及光電器件的制備方法

在審

• 申請號: 202110959636.9
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113675299A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 楊佳偉;馮葉;楊春雷;張陳斌;張玉萍;彭燕君;張琛;王偉
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院;中國科學院深圳理工大學（籌）
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;黃進

本發明提供了一種含錫的多元化合物光吸收層的制備方法，其包括：制備獲得含錫的多元化合物光吸收層的前驅體材料層；使用脈沖激光對所述前驅體材料層進行激光熱退火處理以使所述前驅體材料層發生重結晶，制備獲得所述含錫的多元化合物光吸收層。本發明還公開了一種光電器件的制備方法，其中，所述光電器件中的光吸收層采用如上所述的含錫的多元化合物光吸收層的制備方法制備形成。本發明的技術方案，在含錫的多元化合物光吸收層的制備工藝中，引入了脈沖激光熱處理工藝，利用脈沖激光熱處理提高樣品薄膜的瞬態溫度，減少化合物薄膜材料在高溫退火過程中的組分流失，特別是錫的流失，由此提高制備獲得的光吸收層的品質。

技術領域

本發明屬于光電器件技術領域，具體涉及一種含錫的多元化合物光吸收層的制備方法，還涉及一種光電器件的制備方法。

背景技術

太陽能電池技術是一種清潔、可再生的能源技術，經過數十年的發展已在眾多領域嶄露頭角。傳統的硅基太陽能電池的轉換效率幾乎已達至瓶頸，而且其間接帶隙的特性限制了它輕量化、柔性化的發展，因而薄膜太陽能電池進入了現在產業界的視野。薄膜太陽能電池具有產能高、光電轉換效率高、穩定性好、能量回收期短等優勢，并且可以在一些柔性襯底上制備高性能的器件。

以銅鋅錫硫硒(CZTSSe)薄膜為光吸收層的CZTSSe薄膜太陽能電池，其理論光電轉換效率達到了31％，潛力巨大，具有低成本、穩定性好和高效率等優點。為了制備高光電轉換效率的薄膜太陽能電池，對光吸收層進行后退火是通常采用的處理方法。退火過程是促進太陽能電池光吸收層晶相形成、結晶生長、釋放應力的過程，退火溫度當達到一定高溫水平后，溫度越高結晶效果越好、光吸收層內部缺陷態越少，這樣就可以有效地抑制載流子復合，從而提升器件的光電轉換效率。CZTSSe作為一種多元化合物材料，其在生長結晶過程中會受多方面因素影響，在高溫退火階段，CZTSSe光吸收層內部常常伴隨著組分的流失，尤其是錫元素含量的減少。在高溫下，CZTSSe化合物薄膜分解為銅、鋅、錫等元素的二元硫化物或硒化物，其中具有揮發性的硫(硒)化錫便會在加熱過程中逐漸流失，而且熱處理工藝通常是在低于大氣壓的低壓氛圍下進行的，這就更加劇了錫的流失。缺失錫元素的CZTSSe薄膜表面的電子結構不利于P/N結的形成，會使器件的效率大大降低。

針對CZTSSe光吸收層在快速熱處理的過程中錫的流失問題，目前通常采用的方法是添加錫的硫(硒)化物提供錫的蒸汽分壓，促使CZTSSe分解反應的化學平衡向左移動，減少錫的硫(硒)化物揮發。CZTSSe分解反應如下：

(1)、

(2)、

目前，在快速熱處理過程中采用加入錫的硫(硒)化物在高溫時形成錫分壓以減少CZTSSe光吸收層中錫的流失的方法已取得了一定的成效。但由于形成錫分壓要經歷固體粉末到氣體的轉變過程，在快速熱處理設備中，很難對這整個過程進行精確控制。粉末轉化為氣體的速率、在設備內壁上冷凝的程度、實際形成的分壓等問題都是難以進行定性分析的，從這些方面看來說，這個過程是不可控的。就目前來說，關于CZTSSe光吸收層在退火過程中的結晶機理還沒有形成完整的理論體系，為進一步探索和優化當下的工藝和方法，需要減少這些不可控因素對已有體系的影響。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足，本發明提供一種含錫的多元化合物光吸收層的制備方法，以解決含錫的多元化合物光吸收層在快速熱處理過程中錫的流失的問題。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種含錫的多元化合物光吸收層的制備方法，其包括：

制備獲得含錫的多元化合物光吸收層的前驅體材料層；

使用脈沖激光對所述前驅體材料層進行激光熱退火處理以使所述前驅體材料層發生重結晶，制備獲得所述含錫的多元化合物光吸收層。