太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法，包括以下步骤：加热水浴容器内的水，使水的温度达到水浴温度；利用水对硫脲溶液进行加热，使硫脲溶液开始分解；利用水对硫酸镉溶液进行预热；将氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合，并将生长基体浸入氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合的混合溶液中，反应后在生长基体上生成CdS薄膜。本发明专利技术还公开了由上述制备方法获得的太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的应用。本发明专利技术中的混合缓冲层CdS/Zn(SO)比现有的CdS缓冲层在短波处的透过有明显的增强，在CZTS薄膜太阳能电池上应用后发现短路电流得到很大提升；同时也降低了有毒物质Cd的用量；与Zn(SO)缓冲层相比，有CdS过渡层的CZTS薄膜太阳能电池界面性能方法有很大提升。

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法及其应用
本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法、以及该制备方法获得的太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的应用。
技术介绍
目前铜基薄膜太阳能电池的缓冲层主要采用的是CdS缓冲层，而CdS的能带宽度为2.4eV左右，对应吸收波长为520nm左右，会造成对短波长的光吸收损失，不利于电池短路电流的提高。另外，Cd有毒，污染环境，因为镉元素的环境污染问题，目前有很多研究人员开始研究无镉缓冲层，无镉缓冲层主要有ZnS、Zn(SO)、In2O3等，其制备方法也多种多样，但是目前无镉缓冲层与CdS缓冲层相比，在CIGS薄膜太阳能电池上还是有一定差距。关于CZTS的无镉缓冲层研究目前还没有取得很好的效率。Zn(SO)薄膜作为一种无镉缓冲层，其优势在于其较大的禁带宽度以及在短波处的强吸收，为了提高CZTS薄膜太阳能电池的效率，采用Zn(SO)无镉缓冲层，通过增大电池在短波处的吸收提高电池的短路电流。然而到目前为止，Zn(SO)作为CZTS薄膜太阳能电池缓冲层的研究进展有限，人们发现CZTS与Zn(SO)无法形成较好的PN结，器件的光伏性能特别是开路电压和填充因子与CdS为缓冲层的器件相比还有较大的差距。就CdS而言，CdS的禁带宽度2.4eV，在太阳能电池中CdS缓冲层厚度为50nm，能部分吸收波长短于520nm的光，短波段量子效率的损失就是这些无效光吸收的表现。而利用原有化学浴沉积法(CBD)生长较薄CdS缓冲层(<10nm～30nm)，CdS薄膜样品粗糙度较大，薄膜致密度较差，对太阳能电池吸收层的表面覆盖不完整，会形成孔洞，造成光伏器件光伏性能的下降。同时CdS缓冲层与吸收层之间接触形成的耗尽区厚度会随着CdS的厚度减薄而变小，影响对光生电子的搜集，从而降低太阳能电池短路电流。就Zn(SO)薄膜缓冲层而言，现有ALD法制备的Zn(SO)薄膜缓冲层采用的是叠层法，即先生长若干层ZnO或ZnS，然后再生长若干层ZnS或ZnO，这种叠层法生长的Zn(SO)薄膜电子掺杂浓度较低，导致Zn(SO)薄膜的电阻较大，增加了太阳能电池的串联电阻，降低器件最终的填充因子，因此无法满足太阳能电池器件对缓冲层的要求。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法，所述CdS/Zn(SO)混合缓冲层包括叠层设置的CdS薄膜和Zn(SO)薄膜，包括以下步骤：S10、加热水浴容器内的水，使所述水的温度达到水浴温度；S11、利用所述水对硫脲溶液进行加热，使所述硫脲溶液开始分解；利用所述水对硫酸镉溶液进行预热；S12、将氨水、所述硫脲溶液和所述硫酸镉溶液混合，并将生长基体浸入所述氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合的混合溶液中，反应后在所述生长基体上生成所述CdS薄膜；S4、通过原子层沉积法在所述CdS薄膜上制备所述Zn(SO)薄膜。优选地，在所述步骤S10中，所述水浴温度为67℃；在所述步骤S12中，反应时间为2min～3min。优选地，在所述步骤S4中，在所述原子沉积法中，氧源为H2O，硫源为H2S和N2的混合物，锌源为二乙基锌，载气为N2；所述硫源中，H2S和N2的摩尔比为1:100；所述氧源和锌源持续的脉冲时间为20ms～50ms；所述硫源中，H2O持续的脉冲时间为20ms～50ms，N2持续的脉冲时间为100ms。优选地，在所述步骤S4中，反应温度为120℃～200℃。本专利技术还提供了第二种太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法，所述CdS/Zn(SO)混合缓冲层包括叠层设置的CdS薄膜和Zn(SO)薄膜，包括以下步骤：S20、加热水浴容器内的水，使所述水的温度达到水浴温度；S21、由氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合而成的第一混合溶液放入所述水中进行加热，并将生长基体浸入所述第一混合溶液中反应；S22、将所述生长基体从第一混合溶液取出并浸入由所述氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合而成的第二混合溶液，并将所述第二混合溶液放入所述水中进行加热，反应后生成所述CdS薄膜；S4、通过原子层沉积法在所述CdS薄膜上制备所述Zn(SO)薄膜。优选地，在所述步骤S20中，所述水浴温度为67℃；在所述步骤S21中，所述生长基体反应时间为1min～2min；在所述步骤S22中，反应时间为3min～5min。优选地，在所述步骤S4中，在所述原子沉积法中，氧源为H2O，硫源为H2S和N2的混合物，锌源为二乙基锌，载气为N2；所述硫源中，H2S和N2的摩尔比为1:100；所述氧源和锌源持续的脉冲时间为20ms～50ms；所述硫源中，H2O持续的脉冲时间为20ms～50ms，N2持续的脉冲时间为100ms。优选地，在所述步骤S4中，反应温度为120℃～200℃。本专利技术还提供了第三种太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法，所述CdS/Zn(SO)混合缓冲层包括叠层设置的CdS薄膜和Zn(SO)薄膜，包括以下步骤：S30、加热水浴容器内的水，使所述水的温度达到水浴温度；S31、将硫脲溶液和硫酸镉溶液混合后，将所述硫脲溶液和硫酸镉溶液的混合溶液放入所述水中进行加热，并将生长基体浸入所述混合溶液中反应；S32、将所述生长基体从所述混合溶液取出设定时长后，再将所述生长基体浸入所述混合溶液进行反应，生成所述CdS薄膜；S4、通过原子层沉积法在所述CdS薄膜上制备所述Zn(SO)薄膜。优选地，在所述步骤S30中，所述水浴温度为67℃；在所述步骤S31中，反应时间为1min～2min；在所述步骤S32中，设定时长为2min，反应时间为1min～2min。优选地，在所述步骤S4中，在所述原子沉积法中，氧源为H2O，硫源为H2S和N2的混合物，锌源为二乙基锌，载气为N2；所述硫源中，H2S和N2的摩尔比为1:100；所述氧源和锌源持续的脉冲时间为20ms～50ms；所述硫源中，H2O持续的脉冲时间为20ms～50ms，N2持续的脉冲时间为100ms。优选地，在所述步骤S4中，反应温度为120℃～200℃。本专利技术还提供了如上任一所述的制备方法获得的太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的应用。本专利技术中的混合缓冲层CdS/Zn(SO)比现有的CdS缓冲层在短波处的透过有明显的增强，在CZTS薄膜太阳能电池上应用后发现短路电流得到很大提升；同时CdS缓冲层的减薄也降低了有毒物质Cd的用量；与Zn(SO)缓冲层相比，有CdS过渡层的CZTS薄膜太阳能电池界面性能方法有很大提升。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是采用AFM观察CdS颗粒的表面形貌图；图2是Zn(SO)薄膜的XRD衍射图谱；图3是Zn(SO)薄膜的(αhv)2随光子能量变化的函数图；图4是CdS/Zn(SO)混合缓冲层的CZTS光伏器件的J-V特性曲线；图5是CdS/Zn(SO)混合缓冲层的CZTS光伏器件的电荷密度分布图；图6是CdS/Zn(SO)混合缓冲层的CZTS光伏器件的量子效率QE谱图；图7是制备具有CdS/Zn(SO)混合缓冲层的CZTS光伏器件的步骤流程图。具体实施方式下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法，所述CdS/Zn(SO)混合缓冲层包括叠层设置的CdS薄膜和Zn(SO)薄膜，其特征是，包括以下步骤：S10、加热水浴容器内的水，使所述水的温度达到水浴温度；S11、利用所述水对硫脲溶液进行加热，使所述硫脲溶液开始分解；利用所述水对硫酸镉溶液进行预热；S12、将氨水、所述硫脲溶液和所述硫酸镉溶液混合，并将生长基体浸入所述氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合的混合溶液中，反应后在所述生长基体上生成所述CdS薄膜；S4、通过原子层沉积法在所述CdS薄膜上制备所述Zn(SO)薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法，所述CdS/Zn(SO)混合缓冲层包括叠层设置的CdS薄膜和Zn(SO)薄膜，其特征是，包括以下步骤：S10、加热水浴容器内的水，使所述水的温度达到水浴温度；S11、利用所述水对硫脲溶液进行加热，使所述硫脲溶液开始分解；利用所述水对硫酸镉溶液进行预热；S12、将氨水、所述硫脲溶液和所述硫酸镉溶液混合，并将生长基体浸入所述氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合的混合溶液中，反应后在所述生长基体上生成所述CdS薄膜；S4、通过原子层沉积法在所述CdS薄膜上制备所述Zn(SO)薄膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：在所述步骤S10中，所述水浴温度为67℃；在所述步骤S12中，反应时间为2min～3min。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：在所述步骤S4中，在所述原子沉积法中，氧源为H2O，硫源为H2S和N2的混合物，锌源为二乙基锌，载气为N2；所述硫源中，H2S和N2的摩尔比为1:100；所述氧源和锌源持续的脉冲时间为20ms～50ms；所述硫源中，H2O持续的脉冲时间为20ms～50ms，N2持续的脉冲时间为100ms。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是：在所述步骤S4中，反应温度为120℃～200℃。5.一种太阳能电池CdS/Zn(SO)混合缓冲层的制备方法，所述CdS/Zn(SO)混合缓冲层包括叠层设置的CdS薄膜和Zn(SO)薄膜，其特征是，包括以下步骤：S20、加热水浴容器内的水，使所述水的温度达到水浴温度；S21、由氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合而成的第一混合溶液放入所述水中进行加热，并将生长基体浸入所述第一混合溶液中反应；S22、将所述生长基体从第一混合溶液取出并浸入由所述氨水、硫脲溶液和硫酸镉溶液混合而成的第二混合溶液，并将所述第二混合溶液放入所述水中进行加热，反应后生成所述CdS薄膜；S4、通过原子层沉积法在所述CdS薄膜上制备所述Zn(SO)薄膜。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征是：在所述步骤S20中，所述水浴温度为67℃；所述步骤S21中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯丽丽，李文杰，杨春雷，钟国华，周康，吴迪，冯叶，宋秋明，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44