CZTS太阳能电池制作方法技术

本发明专利技术提供了一种CZTS太阳能电池制作方法，包括以下步骤：（A）清洗衬底；（B）溅射背电极层；（C）按Cu原子数：Zn+Sn原子数为0.6~0.95以及Zn原子数：Sn原子数为0.7~1.3的比例共溅射制作前躯体层；（D）将含有该前躯体层的基片置于570~630℃的惰性气体氛围内进行硫化处理，得到CZTS薄膜；（E）用磁控溅射加热含该CZTS薄膜的基片至400~500℃温度，并且在该CZTS薄膜上溅射厚度为25~45nm的CdS缓冲层，并使含该CdS缓冲层的基片在400~500℃的温度下热处理5~15分钟；（F）制作30~80nm的本征氧化锌层；（G）制作300~500nm的掺铝氧化锌层；（H）制作1~3μm的栅电极层。该方法具有制作流程简单，可以大幅提高电池吸收层组分的均匀性、二极管品质因子和转换效率的优点。 1

The method of making CZTS solar cell

The invention provides a method for making CZTS solar cells, which includes the following steps: (A) cleaning the substrate; (B) sputtering back electrode layer; (C) the number of Cu atoms: the number of Zn+Sn atoms 0.6~0.95 and the number of Zn atoms: the proportion of Sn atoms is 0.7~1.3, and (D) will contain the substrate of the body layer. In an inert gas atmosphere at 570~630 C, the CZTS film is vulcanized, and (E) the substrate of the CZTS film is heated to 400~500 C by magnetron sputtering, and the CdS buffer layer of 25~45nm on the CZTS film is sputtered on the CZTS film, and the substrate containing the CdS buffer layer is treated at the 400~500 C for 5~15 minutes at the temperature of 400~500. (F) to make the intrinsic Zinc Oxide layer of 30~80nm; (G) to make 300~500nm aluminum doped Zinc Oxide layer; (H) to produce 1~3 1~3 m gate electrode layer. The method has the advantages of simple fabrication process, and can greatly improve the uniformity of the absorbing layer composition of the battery, the quality factor of the diode and the conversion efficiency. One

【技术实现步骤摘要】
CZTS太阳能电池制作方法
本专利技术涉及光伏器件制作工艺领域，特别涉及一种CZTS太阳能电池制作方法。
技术介绍
随着经济和科技的发展，煤炭和石油等不可再生资源逐渐耗尽，伴随而来的雾霾和酸雨等污染也在威胁着人类的生存环境。实现经济结构改革和升级，即既要能源和经济上的金山银山，又要环境上的绿水青山，成为人类社会面临的重大难题。太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为PV）发电技术能够将辐照至地面上的太阳光源源不断地转化为电能，成为解决上述问题的较佳之选。在众多光伏电池中，铜锌锡硫（CopperZincTinSulfide，CZTS）太阳能电池因采用地壳丰度高和低毒性元素，吸收系数高（＞104cm-1）以及带隙连续可调（1.0-1.5eV）等诸多优点近年来成为研究的热点。现有技术主要采用逐层磁控溅射、热蒸发、喷雾热解、电沉积、溶胶凝胶及旋转涂布等工艺方法制作的铜锌锡硫太阳能电池（其核心是CZTS材质的吸收层薄膜和PN结）。这些工艺制作方法不仅流程繁琐而且很难做到组分均一，最终导致二极管品质因子和转换效率偏低，成为亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术的CZTS太阳能电池的吸收层薄膜制作流程繁琐和制作的CZTS薄膜组分不均一的缺陷，提供一种CZTS太阳能电池制作方法，该方法具有制作流程简单，采用该方法制作的太阳能电池吸收层组分均一并且采用该方法制作的太阳能电池的二极管品质因子和转换效率均较高。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种CZTS太阳能电池制作方法，其特点在于，包括以下步骤：（A）清洗衬底；（B）使用磁控溅射技术在该衬底上溅射背电极层；（C）按Cu原子数：Zn+Sn原子数为0.6~0.95以及Zn原子数：Sn原子数为0.7~1.3的比例调控含铜元素靶、含锌元素靶和含锡元素靶的溅射功率，进而在该背电极层上共溅射制作前躯体层；（D）将含有该前躯体层的基片置于570~630℃的惰性气体氛围内进行硫化处理，得到CZTS薄膜；（E）使用磁控溅射加热含该CZTS薄膜的基片至400~500℃温度，并且在该CZTS薄膜上溅射厚度为25~45nm的CdS缓冲层，并使含该CdS缓冲层的基片在400~500℃的温度下热处理5~15分钟；（F）在该CdS缓冲层上溅射制作30~80nm的本征氧化锌层；（G）在该本征氧化锌层上溅射制作300~500nm的掺铝氧化锌层；（H）使用热蒸发技术在该掺铝氧化锌层上制作1~3μm的栅电极层。较佳地，该衬底为钠钙玻璃衬底，该（A）步骤包括以下步骤：（A1）使用酒精灯火焰将该钠钙玻璃衬底的正面和反面分别烘烤30~90秒；（A2）使用洗洁精清洗该钠钙玻璃衬底。较佳地，该背电极层包含依次堆叠的第一背电极层、第二背电极层和第三背电极层，该（B）步骤包括以下步骤：（B1）设置溅射气压为1.2Pa-2Pa，使用磁控溅射技术在该衬底上溅射该第一背电极层；（B2）设置溅射气压为0.4Pa-0.8Pa，使用磁控溅射技术在该第一背电极层上溅射该第二背电极层；（B3）设置溅射气压为0.1Pa-0.2Pa，使用磁控溅射技术在该第二背电极层上溅射该第三背电极层。较佳地，该第一背电极层、该第二背电极层和该第三背电极层的溅射温度均为300℃~450℃。较佳地，该（D）步骤包括以下步骤：（D1）将含有该前躯体层的基片与硫粉放在石墨舟中，然后将该石墨舟置于退火炉的石英管内，将该石英管的真空度抽至小于2Torr，接着通入压强300~500Torr的氮气；（D2）以20-30℃/min升温速率从室温将该退火炉加热至290℃，并且保持290℃温度15-20min对该前躯体层预合金化处理；（D3）以30-35℃/min升温速率从290℃将该退火炉加热至590~610℃，并且保温15-20min对该前躯体层后退火处理，然后自然降温至室温。较佳地，该（C）步骤为Cu原子数：Zn+Sn原子数为0.75~0.9以及Zn原子数：Sn原子数为0.95~1.15。较佳地，该含铜元素靶为铜靶或硫化铜靶，该含锌元素靶为锌靶或硫化锌硒化锌靶，该含锡元素靶为锡靶或硫化锡靶。较佳地，该含铜元素靶为铜靶，该含锌元素靶为锌靶，该含锡元素靶为锡靶，该衬底为钠钙玻璃衬底，该（A）步骤包括以下步骤：（A1）使用酒精灯火焰将该钠钙玻璃衬底的正面和反面分别烘烤60秒；（A2）使用洗洁精清洗该钠钙玻璃衬底；该背电极层包含依次堆叠的第一背电极层、第二背电极层和第三背电极层，该（B）步骤包括以下步骤：（B1）设置溅射气压为1.5Pa，使用磁控溅射技术在该衬底上溅射该第一背电极层；（B2）设置溅射气压为0.5Pa，使用磁控溅射技术在该第一背电极层上溅射该第二背电极层；（B3）设置溅射气压为0.15Pa，使用磁控溅射技术在该第二背电极层上溅射该第三背电极层；该第一背电极层、该第二背电极层和该第三背电极层的溅射温度均为350℃；该（C）步骤为Cu原子数：Zn+Sn原子数为0.75~0.9以及Zn原子数：Sn原子数为0.95~1.15；该（D）步骤包括以下步骤：（D1）将含有该前躯体层的基片与硫粉放在石墨舟中，然后将该石墨舟置于退火炉的石英管内，将该石英管的真空度抽至小于2Torr，接着通入压强400Torr的氮气；（D2）以28℃/min升温速率从室温将该退火炉加热至290℃，并且保持290℃温度15min，以对该前躯体层预合金化处理；（D3）以33℃/min升温速率从290℃将该退火炉加热至610℃，并且保温15min，以对该前躯体层后退火处理，然后自然降温至室温。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术的积极进步效果在于：该方法具有制作流程简单，可以大幅提高电池吸收层组分的均匀性、二极管品质因子和转换效率的优点。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的CZTS太阳能电池制作方法制备的CZTS太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术较佳实施例的CZTS太阳能电池制作方法的工艺流程图；图3为采用图2的制作方法制作的CZTS太阳能电池的断面的SEM图；图4为采用图2的制作方法制作的CZTS太阳能电池的JV特性图；图5为采用图2的制作方法制作的前躯体表面的SEM图；图6为本专利技术较佳实施例的CZTS太阳能电池制作方法的退火控温图；图7为采用图2的制作方法制作的CZTS薄膜的断面的SEM图；图8为图7的CZTS薄膜的组分测试谱线图；图9为图7的CZTS薄膜的XRD测试图；图10为图7的CZTS薄膜制作成的CZTS太阳能电池的JV特性图；图11为图7的CZTS薄膜制作成的CZTS太阳能电池的EQE特性图；图12为由图11的EQE特性所得的带隙计算图。附图标记说明：衬底：10背电极层：20CZTS薄膜：30CZTS反型层：31CdS缓冲层：40本征氧化锌层：50掺铝氧化锌层：60栅电极层：70。具体实施方式结合以下具体实施例和附图，对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的保护内容不限于以下实施例。在不背离专利技术构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本专利技术中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本专利技术的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CZTS太阳能电池制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种CZTS太阳能电池制作方法，其特征在于，包括以下步骤：（A）清洗衬底；（B）使用磁控溅射技术在该衬底上溅射背电极层；（C）按Cu原子数：Zn+Sn原子数为0.6~0.95以及Zn原子数：Sn原子数为0.7~1.3的比例调控含铜元素靶、含锌元素靶和含锡元素靶的溅射功率，进而在该背电极层上共溅射制作前躯体层；（D）将含有该前躯体层的基片置于570~630℃的惰性气体氛围内进行硫化处理，得到CZTS薄膜；（E）使用磁控溅射加热含该CZTS薄膜的基片至400~500℃温度，并且在该CZTS薄膜上溅射厚度为25~45nm的CdS缓冲层，并使含该CdS缓冲层的基片在400~500℃的温度下热处理5~15分钟；（F）在该CdS缓冲层上溅射制作30~80nm的本征氧化锌层；（G）在该本征氧化锌层上溅射制作300~500nm的掺铝氧化锌层；（H）使用热蒸发技术在该掺铝氧化锌层上制作1~3μm的栅电极层。2.如权利要求1所述的CZTS太阳能电池制作方法，其特征在于，该衬底为钠钙玻璃衬底，该（A）步骤包括以下步骤：（A1）使用酒精灯火焰将该钠钙玻璃衬底的正面和反面分别烘烤30~90秒；（A2）使用洗洁精清洗该钠钙玻璃衬底。3.如权利要求1所述的CZTS太阳能电池制作方法，其特征在于，该背电极层包含依次堆叠的第一背电极层、第二背电极层和第三背电极层，该（B）步骤包括以下步骤：（B1）设置溅射气压为1.2Pa-2Pa，使用磁控溅射技术在该衬底上溅射该第一背电极层；（B2）设置溅射气压为0.4Pa-0.8Pa，使用磁控溅射技术在该第一背电极层上溅射该第二背电极层；（B3）设置溅射气压为0.1Pa-0.2Pa，使用磁控溅射技术在该第二背电极层上溅射该第三背电极层。4.如权利要求3所述的CZTS太阳能电池制作方法，其特征在于，该第一背电极层、该第二背电极层和该第三背电极层的溅射温度均为300℃~450℃。5.如权利要求1所述的CZTS太阳能电池制作方法，其特征在于，该（D）步骤包括以下步骤：（D1）将含有该前躯体层的基片与硫粉放在石墨舟中，然后将该石墨舟置于退火炉的石英管内，将该石英管的真空度抽至小于2Torr，接着通入压强300~500Torr的氮气；...

【专利技术属性】
技术研发人员：马传贺，孙琳，江锦春，陈晔，卢小双，徐斌，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31