一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法，用溶胶‑凝胶法制备铜锌锡硫薄膜，随后对负载有铜锌锡硫薄膜的钼基片进行加热处理，待基片升高到150℃时，采用真空热蒸发法在铜锌锡硫薄膜上面生长硫化铟薄膜，得到铜锌锡硫/硫化铟异质结，大大提高了铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池的效率。此外，本发明专利技术可操作性强，容易实现，能用于薄膜太阳能电池的制备，对太阳能电池效率的提高有着重要贡献。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法。
技术介绍
一般铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4，简称CZTS）薄膜太阳能电池结构为：介质/底电极/吸收层（CZTS）/缓冲层/透明导电层/上电极，其中缓冲层主要用来降低透明导电层与吸收层之间的能带不连续现象，一般会使用高透光率，电阻率在5.0~120Ω∙cm的材料。现在的太阳能电池主要是使用CdS作为缓冲层，但CdS是一种有毒性的材料，不适合持续发展，故需要发展一种无毒、环保的材料来代替。硫化铟（In2S3）是一种无毒、禁带宽度在1.9~3.7eV的半导体材料，是一种较为理想的替代CdS作为铜锌锡硫薄膜太阳能电池缓冲层的新型材料。但由于铜锌锡硫/硫化铟的导带带阶（CBO）为（0.41±0.10eV）比最优的范围（0~0.3eV）高，这会使得光生电子受到高的势垒的阻碍，因而阻碍了光生电流，使短路电流密度和填充因子减小了，降低了电池的性能。针对这个问题，本专利技术通过控制缓冲层的生长温度来达到提升铜锌锡硫太阳能电池的效率的目的。而通过控制缓冲层生长温度来提升铜锌锡硫太阳能电池的效率，目前还没有相关的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法，通过控制缓冲层的生长温度来达到提升铜锌锡硫太阳能电池的效率的目的。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法，其具体包括以下步骤：步骤1）：对透明玻璃片进行清洁处理，即将玻璃片依次在去离子水、丙酮和乙醇中进行超声处理，然后取出、烘干；步骤2）：将步骤1）烘干的玻璃片放入溅射机的基片架上，之后抽真空，溅射金属钼；步骤3）：将一水合醋酸铜（Cu(CH3COOH)2•H2O）、二水合醋酸锌（Zn(CH3COOH)2•2H2O）以及二水合氯化亚锡（SnCl2•2H2O）混合后，加入硫脲溶解到乙二醇甲醚中，并加入稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；步骤4）：利用旋涂法将步骤3）制备的胶体涂覆在步骤2）所得的钼基片上， 经280℃烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复数次以达到所需薄膜厚度，膜厚为800nm；步骤5）：把步骤4）制得的铜锌锡硫预制层薄膜样品放入石英舟，再放进硫化炉中的石英玻璃管内，用机械泵对石英玻璃管抽真空，到5pa以下后关闭机械泵；然后往炉中的石英玻璃管通入N2气体，流量为180sccm，通10min后保持通入N2气体，再通入H2S气体，流量为20sccm；十分钟之后，开始让硫化炉升温，1h后升到580℃，保持温度1h，随后用冷却水冷却4h至室温，制得太阳电池吸收层材料铜锌锡硫薄膜；步骤6）：将步骤5）制得的铜锌锡硫薄膜（负载在钼基片上）置于真空蒸发炉的蒸发腔内；将硫化铟粉末置于蒸发舟中，再放进蒸发腔内；将蒸发腔抽真空后，对负载有铜锌锡硫薄膜的钼基片进行加热，待基片升高到150℃时，加电流对蒸发舟进行加热，至蒸发舟内的硫化铟粉末完全蒸发，此时电流为100A，然后停止蒸发，得到铜锌锡硫/硫化铟异质结；步骤7）：在步骤6）所得的异质结上溅射上本征氧化锌；步骤8）：在步骤7）制备的样品上溅射掺铟氧化锡；步骤9）：在步骤8）制备的样品上覆盖掩膜版后，用真空热蒸发栅状金属铝电极。步骤1）所述超声处理的时间均为15分钟；所述烘干的温度为100℃，烘干时间为25-40分钟。步骤2）中的溅射为直流溅射，溅射气体为Ar气，气压为1.0Pa，功率80W，时间20min，所得的钼薄膜厚度为1μm。步骤6）中，经蒸发得到的铜锌锡硫/硫化铟异质结中硫化铟薄膜厚度为50nm；置于蒸发舟中的硫化铟粉末的质量为100mg；加电流对蒸发舟进行加热的速率为10A/分钟。步骤6）中，所述蒸发舟为钼舟；抽真空时，将蒸发腔内抽至真空度为1.0×10-3帕。步骤7）为射频溅射，溅射气体为Ar气，气压为2.0Pa，功率80W，时间21min，所得的氧化锌薄膜厚度为60nm。步骤8）为射频溅射，溅射气体为Ar气，气压为0.2Pa，功率120W，时间20min，所得的掺铟氧化锡薄膜厚度为270nm。步骤9）所用的铝为铝丝，直径1mm，长度2cm，数量为25，用来加热铝丝的是钨丝。本专利技术的有益效果在于：本专利技术对负载有铜锌锡硫薄膜的钼基片进行加热处理，待基片升高到150℃时，采用真空热蒸发法在铜锌锡硫薄膜上面生长硫化铟薄膜，得到铜锌锡硫/硫化铟异质结，大大提高了铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池的效率。此外，本专利技术可操作性强，容易实现，能用于薄膜太阳能电池的制备，对太阳能电池效率的提高有着重要贡献。附图说明图1 为铜锌锡硫薄膜太阳能电池结构；图2 为四种不同缓冲层生长温度的铜锌锡硫太阳能电池I-V曲线；图 3为归一化的硫化铟（a）、铜锌锡硫（b）的价带顶位置示意图；图 4为铜锌锡硫体材料的禁带宽度；图 5为硫化铟体材料的禁带宽度，（a）无加热、（b）100℃、（c）150℃和（d）200℃；图6 为四种不同生长温度的异质结的能带图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法，其具体包括以下步骤：步骤1）：对透明玻璃片进行清洁处理，即将玻璃片依次在去离子水、丙酮和乙醇中各超声处理15分钟，然后取出，置于100℃高温干燥箱中烘干30分钟；步骤2）：将步骤1）：烘干的玻璃片放入溅射机的基片架上，之后抽真空，采用直流溅射来溅射金属钼，溅射气体为Ar气，气压为1.0Pa，功率80W，时间20min，所得的钼薄膜厚度为1μm。步骤3）：将一水合醋酸铜（Cu(CH3COOH)2•H2O）、二水合醋酸锌（Zn(CH3COOH)2•2H2O）以及二水合氯化亚锡（SnCl2•2H2O）混合后，加入硫脲溶解到有机溶剂乙二醇甲醚中，并加入稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；步骤4）：利用旋涂法将步骤3）制备的胶体涂覆在步骤1）所得的烘干玻璃片上，经280℃烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复数次以达到所需薄膜厚度，膜厚为800nm。步骤5）：把步骤4）制得的铜锌锡硫预制层薄膜样品放入石英舟，再放进硫化炉中的石英玻璃管内，用机械泵对石英玻璃管抽真空，到5pa以下后关闭机械泵；然后往炉中的石英玻璃管通入N2气体，流量为180sccm，通10min后保持通入N2气体，再通入H2S气体，流量为20sccm；十分钟之后，开始让硫化炉升温，1h后升到580℃，保持温度1h，随后用冷却水冷却4h至室温，制得太阳电池吸收层材料铜锌锡硫薄膜；步骤6：将步骤5）所得铜锌锡硫薄膜置于真空蒸发炉的蒸发腔内；将100mg的硫化铟粉末置于蒸发钼舟中，再放进蒸发腔内；将蒸发腔抽真空，抽到1×10-3Pa后，对负载有铜锌锡硫薄膜的钼基片进行加热，待基片升高到150℃时，以10A/min的加热速率加电流对蒸发舟进行加热，至蒸发舟内的硫化铟粉末完全蒸发，此时电流为100A，然后停止蒸发，得到铜锌锡硫/硫化铟异质结，所得异质结中硫化铟薄膜厚度为50nm；步骤7）：在步骤6）所得的异质结上溅射上本征氧化锌，采用射频溅射，溅射气体为Ar气，气压为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1）：对透明玻璃片进行清洁处理，即将玻璃片依次在去离子水、丙酮和乙醇中进行超声处理，然后取出、烘干；步骤2）：将步骤1）烘干的玻璃片放入溅射机的基片架上，之后抽真空，溅射金属钼；步骤3）：将一水合醋酸铜、二水合醋酸锌以及二水合氯化亚锡混合后，加入硫脲溶解到乙二醇甲醚中，并加入稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；步骤4）：利用旋涂法将步骤3）制备的胶体涂覆在步骤2）所得的钼基片上， 经280℃烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复数次以达到所需薄膜厚度，膜厚为800nm；步骤5）：把步骤4）制得的铜锌锡硫预制层薄膜样品放入石英舟，再放进硫化炉中的石英玻璃管内，用机械泵对石英玻璃管抽真空，到5pa以下后关闭机械泵；然后往炉中的石英玻璃管通入N2气体，流量为180sccm，通10min后保持通入N2气体，再通入H2S气体，流量为20sccm；十分钟之后，开始让硫化炉升温，1h后升到580℃，保持温度1h，随后用冷却水冷却4h至室温，制得太阳电池吸收层材料铜锌锡硫薄膜；步骤6）：将步骤5）制得的铜锌锡硫薄膜置于真空蒸发炉的蒸发腔内；将硫化铟粉末置于蒸发舟中，再放进蒸发腔内；将蒸发腔抽真空后，对负载有铜锌锡硫薄膜的钼基片进行加热，待基片升高到150℃时，加电流对蒸发舟进行加热，至蒸发舟内的硫化铟粉末完全蒸发，此时电流为100A，然后停止蒸发，得到铜锌锡硫/硫化铟异质结；步骤7）：在步骤6）所得的异质结上溅射上本征氧化锌；步骤8）：在步骤7）制备的样品上溅射掺铟氧化锡；步骤9）：在步骤8）制备的样品上覆盖掩膜版后，用真空热蒸发栅状金属铝电极。...

【技术特征摘要】
1.一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1）：对透明玻璃片进行清洁处理，即将玻璃片依次在去离子水、丙酮和乙醇中进行超声处理，然后取出、烘干；步骤2）：将步骤1）烘干的玻璃片放入溅射机的基片架上，之后抽真空，溅射金属钼；步骤3）：将一水合醋酸铜、二水合醋酸锌以及二水合氯化亚锡混合后，加入硫脲溶解到乙二醇甲醚中，并加入稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；步骤4）：利用旋涂法将步骤3）制备的胶体涂覆在步骤2）所得的钼基片上， 经280℃烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复数次以达到所需薄膜厚度，膜厚为800nm；步骤5）：把步骤4）制得的铜锌锡硫预制层薄膜样品放入石英舟，再放进硫化炉中的石英玻璃管内，用机械泵对石英玻璃管抽真空，到5pa以下后关闭机械泵；然后往炉中的石英玻璃管通入N2气体，流量为180sccm，通10min后保持通入N2气体，再通入H2S气体，流量为20sccm；十分钟之后，开始让硫化炉升温，1h后升到580℃，保持温度1h，随后用冷却水冷却4h至室温，制得太阳电池吸收层材料铜锌锡硫薄膜；步骤6）：将步骤5）制得的铜锌锡硫薄膜置于真空蒸发炉的蒸发腔内；将硫化铟粉末置于蒸发舟中，再放进蒸发腔内；将蒸发腔抽真空后，对负载有铜锌锡硫薄膜的钼基片进行加热，待基片升高到150℃时，加电流对蒸发舟进行加热，至蒸发舟内的硫化铟粉末完全蒸发，此时电流为100A，然后停止蒸发，得到铜锌锡硫/硫化铟异质结；步骤7）：在步骤6）所得的异质结上溅射上本征氧化锌；步骤8）：在步骤7）制备的样品上溅射掺铟氧化锡；步骤9）：在步骤8）制备的样品上...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞金玲，郑重明，程树英，赖云锋，郑巧，周海芳，董丽美，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35