具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池及其制备方法，包含：基板；背电极，形成于该基板上，通过磁控溅射的方法沉积所得；光电转换层，其为铜锌锡硫硒类薄膜；缓冲层，其为硫化镉薄膜，形成于该光电转换层之上；窗口层，形成于该缓冲层之上；减反射层，其为MgF2薄膜，形成于该窗口层之上；上电极，其为栅状Ni-Al合金，形成于该减反射层之上，所述的背电极与光电转换层之间设有上转换层。本发明专利技术的有益效果是：避免太阳热辐射对电池使用寿命的影响；该方法具有操作简便，制备成本低，安全无毒且绿色环保等优点；工艺步骤控制性好，有利于制成大晶粒、致密、光电性能良好的上转换层和光电转换层薄膜，易于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池领域，具体涉及具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的各种利用方式中，太阳能电池是发展最快、最具活力和最受瞩目的领域，有望成为解决以石油、煤、天然气等化石能源为主导的传统能源的资源枯竭和环境污染问题的有效途径。目前在工业生产和市场上处于主导地位的太阳电池是基于晶体硅(单晶硅和多晶硅)的第一代太阳电池，其光电转化效率高(已分别可达24.7％和20.3％)，技术也比较成熟，产量占整个太阳电池的90％以上。但由于需要消耗大量高纯硅原料，原料成本占总成本60％～80％，导致价格居高不下，成为太阳电池推广应用的主要障碍。为了节省原材料，有效降低太阳电池的成本，基于薄膜技术的第二代太阳电池逐渐显示出巨大优势和发展潜力，成为近些年来太阳电池领域的研究热点。目前最高效率的薄膜太阳能电池是铜铟镓硒(CIGS)电池，最高可达20.3％，然而其组成元素铟(I本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池，包含：基板；背电极，形成于该基板上，通过磁控溅射的方法沉积所得；光电转换层，其为铜锌锡硫硒类薄膜，其化学式为Cu2ZnSn(SxSe1‑x)4，其中0≤X≤1；缓冲层，其为硫化镉薄膜，形成于该光电转换层之上；窗口层，形成于该缓冲层之上；减反射层，其为MgF2薄膜，形成于该窗口层之上；上电极，其为栅状Ni‑Al合金，形成于该减反射层之上，其特征在于所述的背电极与光电转换层之间设有上转换层，其为氟化物薄膜。

【技术特征摘要】
1.具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池，包含：基板；背电极，形成于该基板
上，通过磁控溅射的方法沉积所得；光电转换层，其为铜锌锡硫硒类薄膜，其化学式为
Cu2ZnSn(SxSe1-x)4，其中0≤X≤1；缓冲层，其为硫化镉薄膜，形成于该光电转换层之上；窗口
层，形成于该缓冲层之上；减反射层，其为MgF2薄膜，形成于该窗口层之上；上电极，其
为栅状Ni-Al合金，形成于该减反射层之上，其特征在于所述的背电极与光电转换层之间设
有上转换层，其为氟化物薄膜。
2.根据权利要求1所述的具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池，其特征在于所
述的上转换层的氟化物薄膜制备方法包括有以下步骤：
1)称取钇源和氟氢化钾，放入密闭容器中，并在常温下抽真空1～5min，再注入油酸/
油胺溶剂体系，同时往反应器中通入氩气，搅拌同时升温至260～320℃，保持温度不变并反
应进行0.5～1h，得到无稀土离子掺杂的氟化钇钾纳米晶；
2)称取氟化镱、稀土激活剂和表面活性剂PVP，放入密闭容器中，再注入油酸/油胺溶
剂体系，搅拌同时升温至60～80℃，并保温0.5～1h，得到搅拌均匀的混合溶液；
3)将步骤2)配制的混合溶液快速注入步骤1)得到的无稀土离子掺杂的氟化钇钾纳米
晶中并保温1～5min，然后将所得溶液的快速升温至300～320℃，在氩气下保持温度不变并
反应1～2h，反应结束后自然冷却至室温，经离心、洗涤和干燥得到掺杂的上转换氟化钇钾
纳米晶粉末；
4)上转换层氟化物薄膜的制备：取步骤3)所得上转换氟化钇钾纳米晶粉末配制成纳米
墨水，均匀涂抹在基板上，采取等温度梯度升温的方式缓慢蒸发溶剂制备氟化物薄膜，此步
骤重复2～3次，最后用乙醇和去离子水洗涤2～3次，并保存在真空中留待使用。
3.根据权利要求2所述的具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池，其特征在于所
述上转换层氟化物薄膜制备的等温度梯度升温的方式其具体操作如下：首先对基板预热5～
10min，设置温度为60～80℃；其次以5～10℃/min的升温速率缓慢加热至200℃，刚好溶剂
蒸发完全，并保温5～10min，得到氟化物湿膜；然后在真空条件下将温度快速升温至500～
600℃，促使晶核快速长大，得到形貌均匀的稀土上转换氟化物干膜。
4.根据权利要求1所述的具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池，其特征在于所
述的光电转换层的制备方法包括有以下步骤：
1)首先称取无水氯化亚铜、无水氯化锡、氯化铵、3-巯基-1-丙烷磺酸钠、升华硫/和硒
粉为反应原料，放入密闭容器中，并在常温下抽真空1～5min，再注入油酸/油胺溶剂体系；
同时通入氩气，搅拌同时将溶液升温至260～320℃，保持温度不变反应0.5～1h，最终形成

\t均匀的铜锡硫硒类黑色溶液；
2)同时称取硫化锌或硒化锌粉末，放入密闭容器中，再注入油酸/油胺溶剂体系，搅拌
同时升温至60～80℃，并保温0.5～1h，得到搅拌均匀的ZnS或ZnSe溶液；
3)将步骤2)配制的溶液快速注入至步骤1)的反应体系中并保温1～5min，然后调节
所得溶液的温度保持在285～300℃，并在氩气下保持温度不变并反应进行1～2h，反应结束
后自然冷却至室温，经离心、洗涤和干燥得到铜锌锡硫硒类纳米晶粉末；
4)光电转换层薄膜制备：取步骤3)所得铜锌锡硫硒类纳米晶粉末配制成纳米墨水，均
匀涂抹在上转换层氟化物薄膜上，采取等温度梯度升温的方式缓慢蒸发溶剂制备光电转换层
薄膜，此步骤重复2～3次，最后用乙醇和去离子水洗涤2～3次，并保存在真空中留待使用。
5.根据权利要求4所述的具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池，其特征在于所
述光电转换层薄膜制备的等温度梯度升温的方式其具体操作如下：首先对基板预热5～
10min，设置温度为60～80℃；其次以5～10℃/min的升温速率缓慢加热至200℃，刚好溶剂
蒸发完全，并保温5～10min，得到铜锌锡硫硒类湿膜；然后在真空条件下将温度快速升温至
500～600℃，促使晶核快速长大，得到形貌均匀的铜锌锡硫硒类干膜。
6.权利要求1所述具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在
于，包括有以下步骤：
a)通过磁控溅射的方法在基板上沉积含钼(Mo)背电极；
b)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冬林，周斌，刘欣，李乾，王友法，熊真敏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42