一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法，通过对所述铜锌锡硫薄膜太阳能电池的铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理后，再进行后序的制备工艺，以此钝化了铜锌锡硫薄膜吸收层的晶界面，抑制了载流子在晶界面的复合，提高了铜锌锡硫薄膜太阳能电池器件的开路电压和填充因子，以提高铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转化效率，并制备出高性能的铜锌锡硫薄膜太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，尤其是一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，基于CdTe和Cu(In,Ga)Se2(CIGS)吸收层材料的薄膜太阳电池得到了快速的发展，而且已经实现了商业化。但是，由于Cd有毒，In、Ga和Te为稀有金属，导致采用这些材料的薄膜光伏组件难以实现产业化。因此，寻找一种安全环保且具备储量丰富的原料源的薄膜材料成为了研究的热点。四元化合物Cu2ZnSnS4(CZTS，铜锌锡硫)半导体材料的所有组成元素储量丰富且无毒，其吸收系数大(大于104cm-1)，对光的吸收能力好，最优单结带隙约为1.5eV，能很好地吸收太阳光并将光能转化为电能，是最有潜力的新型绿色光伏材料之一。虽然目前CZTSSe太阳能电池的最高光电转换效率已达12.6％，而纯硫化的CZTS铜锌锡硫薄膜太阳能电池的最高光电转换效率可达9.2％，但是相比于CIGS太阳能电池可达到22.6％的最高光电转换效率，铜锌锡硫薄膜太阳能电池仍有很大的提升空间。其中，影响铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转换效率的一个重要因素是铜锌锡硫薄膜太阳能电池中的载流子会在界面进行复合，造成光生载流子的损失。因此，有必要提出一种抑制载流子在界面进行复合，以提高铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转换效率的方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法，来解决上述问题。为了实现上述的目的，本专利技术采用了如下的技术方案：本专利技术提供了一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括衬底和依次设置在所述衬底上的第一电极层、铜锌锡硫薄膜吸收层、窗口层和第二电极层，所述铜锌锡硫薄膜吸收层经过表面处理，所述铜锌锡硫薄膜吸收层上形成抑制载流子在晶界面进行复合的表面。优选地，所述铜锌锡硫薄膜吸收层和所述窗口层之间还设置有缓冲层。优选地，所述窗口层和所述缓冲层之间还设置有本征氧化锌层。本专利技术还提供了一种如上所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备方法，包括步骤：S1、提供一衬底，在所述衬底上依次制作第一电极层和铜锌锡硫薄膜吸收层；S2、使用表面处理试剂对所述铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理，使所述铜锌锡硫薄膜吸收层上形成抑制载流子在晶界面进行复合的表面；S3、在所述铜锌锡硫薄膜吸收层上依次制作窗口层和第二电极层。优选地，所述表面处理试剂包括刻蚀液、钝化液和硫化液。优选地，所述步骤S2中，使用所述刻蚀液、钝化液和硫化液分别对所述铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理或将所述刻蚀液、钝化液和硫化液相互混合后对所述铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理。优选地，所述刻蚀液选自盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、草酸和柠檬酸中的一种或两种以上的酸液。优选地，所述刻蚀液选自AlCl3溶液、InCl3溶液、GaCl3溶液中的一种或两种以上的溶液。优选地，所述硫化液选自硫脲溶液、硫代乙酰胺溶液、硫化钠溶液中的一种或两种以上的溶液。优选地，所述步骤S3中，在所述铜锌锡硫薄膜吸收层上依次制作缓冲层、本征氧化锌层、窗口层以及第二电极层。本专利技术还提供了一种如上所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备方法，包括步骤：S1、提供一衬底，在所述衬底上依次制作第一电极层和铜锌锡硫薄膜吸收层；S2、使用包括刻蚀液、钝化液和硫化液中至少两种试剂对所述铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理；S3、在所述铜锌锡硫薄膜吸收层上依次制作窗口层和电极层。优选地，所述步骤S3中，在所述铜锌锡硫薄膜吸收层上依次制作缓冲层、本征氧化锌层、窗口层以及第二电极层。本专利技术提供的一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法，通过对所述铜锌锡硫薄膜太阳能电池的铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理，钝化了铜锌锡硫薄膜吸收层的晶界面，抑制了载流子在晶界面的复合，提高了铜锌锡硫薄膜太阳能电池器件的开路电压和填充因子，从而提高了铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转化效率。附图说明图1是本专利技术提供的一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池的结构示意图；图2是本专利技术提供的一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池的截面SEM图；图3是本专利技术提供的一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备方法的流程图；图4是本专利技术实施例1～6制备的铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光照IV曲线；图5是本专利技术实施例1～6制备的铜锌锡硫薄膜太阳能电池的EQE曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。参阅图1和图2所示，本专利技术实施例提供了一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括衬底1和依次设置在所述衬底1上的第一电极层2、铜锌锡硫薄膜吸收层3、窗口层4和第二电极层5。所述铜锌锡硫薄膜3吸收层经过表面处理，所述铜锌锡硫薄膜吸收层3上形成抑制载流子在晶界面进行复合的表面31。在本实施例中，所述铜锌锡硫薄膜吸收层3经过刻蚀液、钝化液和硫化液的表面处理，形成表面31。由此可使铜锌锡硫薄膜吸收层3的晶界面受到钝化，抑制了载流子在晶界面的复合，改善铜锌锡硫薄膜吸收层3与相邻层结构之间的界面的质量，提高了铜锌锡硫薄膜太阳能电池器件的开路电压和填充因子，进而提高了铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转化效率，以制备出高性能的铜锌锡硫薄膜太阳能电池。进一步地，所述铜锌锡硫薄膜吸收层3和所述窗口层6之间还设置有缓冲层4。所述缓冲层4既可与P型的铜锌锡硫薄膜吸收层3形成PN结，还可以作为铜锌锡硫薄膜吸收层3与本征氧化锌层5之间的过渡层，用于缓冲晶格失配和能带台阶。更进一步地，所述窗口层6和所述缓冲层4之间还设置有本征氧化锌层5。所述本征氧化锌层(i-ZnO层)5用于改善所述缓冲层4的微小孔洞缺陷。结合图1-图3所示，本专利技术还提供了一种如上所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备方法，包括步骤：S1、提供一衬底，在所述衬底1上依次制作第一电极层2和铜锌锡硫薄膜吸收层3；具体地，所述步骤S1中，首先采用去离子水和清洗剂来清洗所述衬底1，通过氮气吹干经过清洗的所述衬底1，然后烘烤所述衬底1一段时间，再将所述衬底1传送至溅射腔室，在本实施例中，所述衬底1为钠钙玻璃。将所述衬底1置入溅射腔室后，采用直流磁控溅射工艺在所述衬底1上制作第一电极层2，在本专利技术中，所述第一电极层2为钼层，采用钼Mo为靶材，在气压为0.3Pa～0.8Pa的氩气气氛下，以300W～350W的溅射功率在所述衬底上循环溅射18次～25次，制成厚度为1000纳米～1500纳米的第一电极层2。在所述衬底1上制作完所述第一电极层2后，可选择采用蒸发法、溅射法或溶液沉积法在所述第一电极层2上制作铜锌锡硫薄膜吸收层3，本专利技术中，在通入流量比为12.5sccm:0.25sccm的氩气和氢气的条件下，采用硫化锌、铜和二硫化锡作为靶材，在所述第一电极层2上溅射80分钟～100分钟形成前驱体层。其中，硫化锌的溅射功率优选为70W～75W，铜的溅射功率优选为60W～65W，二硫化锡的溅射功率优选为60W～65W。制成所述前驱体层后，将设置有所述前驱体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括衬底和依次设置在所述衬底上的第一电极层、铜锌锡硫薄膜吸收层、窗口层和第二电极层，其特征在于，所述铜锌锡硫薄膜吸收层经过表面处理，所述铜锌锡硫薄膜吸收层上形成抑制载流子在晶界面进行复合的表面。

【技术特征摘要】
1.一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括衬底和依次设置在所述衬底上的第一电极层、铜锌锡硫薄膜吸收层、窗口层和第二电极层，其特征在于，所述铜锌锡硫薄膜吸收层经过表面处理，所述铜锌锡硫薄膜吸收层上形成抑制载流子在晶界面进行复合的表面。2.根据权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述铜锌锡硫薄膜吸收层和所述窗口层之间还设置有缓冲层。3.根据权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述窗口层和所述缓冲层之间还设置有本征氧化锌层。4.一种如权利要求1-3任一所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、提供一衬底，在所述衬底上依次制作第一电极层和铜锌锡硫薄膜吸收层；S2、使用表面处理试剂对所述铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理，使所述铜锌锡硫薄膜吸收层上形成抑制载流子在晶界面进行复合的表面；S3、在所述铜锌锡硫薄膜吸收层的表面上依次制作窗口层和第二电极层。5.根据权利要求4所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述表面处理试剂包...

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