铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法技术

本发明专利技术提供一种铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法，其包括以下步骤：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚以及乙醇胺中，并在50～60℃条件下加热1～1.5h，形成均匀透明的种子层溶液；将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶于水中，形成均匀透明的水溶液，其中所述水溶液为饱和的氧化锌氨水溶液；提供一基底；在所述基底上涂覆所述种子层溶液，形成氧化锌种子层；将进行涂覆后的基底在170～330℃条件下进行退火处理，以使所述氧化锌种子层中结晶出氧化锌晶核；以及将进行退火处理后的基底浸入所述水溶液中进行沉积反应，形成氧化锌薄膜，其中沉积温度为60～90℃，沉积时间为50～60min。

【技术实现步骤摘要】
铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法
本专利技术涉及薄膜太阳电池
，尤其涉及一种铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法。
技术介绍
铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4，简称CZTS)薄膜太阳电池因其光学吸收系数大、制造成本低、抗光衰竭性好且不含有毒性元素，近年来已逐渐引起研究者们的广泛关注。CZTS薄膜太阳电池包括用作顶电极的氧化锌透明导电薄膜。CZTS薄膜太阳电池制备方法可以分为真空法和非真空法两类。真空法包括磁控溅射、脉冲激光沉积、金属有机化学气相沉积等，在真空条件下沉积氧化锌透明导电薄膜顶电极。非真空法包括溶胶-凝胶法、电化学沉积法等，在非真空条件下制备氧化锌透明导电薄膜。与真空法相比，非真空法由于适用于大面积和柔性衬底，且适于工业生产，因此成为该领域的研究热点。采用非真空法制备氧化锌顶电极时，通常需要将由溶胶-凝胶法或电化学沉积法制备形成的氧化锌薄膜在500℃或更高温度下进行退火处理。然而，对于CZTS薄膜太阳能电池来说，氧化锌透明电极需要沉积在电池的顶部，过高的退火温度会引起过量的镉或锌扩散到CZTS电池的吸收层和n型缓冲层中，造成空间电荷区向吸收层与钼电极接触的一侧移动，从而使得电池性能产生恶化，光电转化效率降低。发展一种非真空、低温、低成本，且可大规模生产透明导电薄膜的方法成为当今的发展趋势。
技术实现思路
鉴于上述技术问题，本专利技术提供一种非真空且不会造成电池性能恶化的铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法。一种铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法，其包括以下步骤：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚以及乙醇胺中，并在50～60℃条件下加热1～1.5h，形成均匀透明的种子层溶液；将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶于水中，形成均匀透明的水溶液，其中所述水溶液为饱和的氧化锌氨水溶液；提供一基底；在所述基底上涂覆所述种子层溶液，形成氧化锌种子层；将进行涂覆后的基底在170～330℃条件下进行退火处理，以使所述氧化锌种子层中结晶出氧化锌晶核；以及将进行退火处理后的基底浸入所述水溶液中进行沉积反应，形成氧化锌薄膜，其中沉积温度为60～90℃，沉积时间为50～60min。作为一种优选方案，采用旋转涂膜、浸渍提拉镀膜、喷雾镀膜或丝网印刷的方法在所述基底上涂覆所述种子层溶液。作为一种优选方案，将乙酸锌、乙二醇甲醚以及乙醇胺在50～60℃下加热1～1.5h，形成均匀透明的种子层溶液具体包括以下步骤：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚以及乙醇胺中，在50～60℃下进行油浴加热1～1.5h，形成氧化锌溶胶；对所述氧化锌溶胶进行过滤；将滤液静置老化24～36h后形成所述种子层溶液。作为一种优选方案，将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶于水中，形成均匀透明的水溶液具体包括以下步骤：将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶于水中，并搅拌24～30h；对搅拌后的溶液进行过滤以去除未被溶解的氧化锌粉末，得到所述均匀透明的水溶液。作为一种优选方案，在将进行退火处理后的基底浸入所述水溶液中进行沉积反应，形成氧化锌薄膜的步骤中，还包括以下步骤：在所述水溶液中连续加入九水硝酸铝溶液，并进行搅拌。作为一种优选方案，所述九水硝酸铝溶液的浓度为25～100mmol/L。作为一种优选方案，在所述基底上涂覆所述种子层溶液，形成氧化锌种子层之前还包括以下步骤：将所述基底进行清洗以及干燥处理。作为一种优选方案，在将进行退火处理后的基底浸入所述水溶液中进行沉积反应，形成氧化锌薄膜之后还包括以下步骤：采用紫外照射所述氧化锌薄膜，其中紫外照射时间大于或等于8min。作为一种优选方案，所述水溶液中，氧化锌的浓度为28～58mmol/L，柠檬酸铵的浓度为0.5～4mmol/L。作为一种优选方案，所述种子层溶液中，乙酸锌与乙二醇甲醚的摩尔比为1:1，乙酸锌的浓度0.3～0.5mol/L。采用本专利技术提供的制备方法制备的氧化锌顶电极能够达到CZTS太阳电池的顶电极的使用要求，且退火温度为170～330℃之间，可避免一般高温退火工艺引起过量的镉或锌向CZTS太阳电池的吸收层和n型缓冲层扩散，避免造成电池性能的恶化。附图说明图1为氧化锌种子层的TG-DSC曲线。图2为不同九水硝酸铝浓度掺杂的氧化锌薄膜的断面形貌图，其中a)为25mmol/L，b)为50mmol/L，c)为100mmol/L，d)为150mmol/L，e)为200mmol/L。图3为紫外照射时间与氧化锌薄膜电阻率的曲线图。图4为不同沉积温度下氧化锌薄膜的生长形貌图，其中a)为60℃，b)为70℃，c)为80℃，d)为90℃。图5为不同沉积温度下氧化锌薄膜的XRD图谱，其中a)为60℃，b)为70℃，c)为80℃，d)为90℃。图6为CZTS太阳电池的电流-电压曲线图。以下结合附图对本专利技术作进一步说明。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本专利技术提供一种铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法，其包括以下步骤：110：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚以及乙醇胺中，并在50～60℃下加热1～1.5h，形成均匀透明的种子层溶液。本实施例中，所述种子层溶液为氧化溶胶。其中，乙酸锌与乙二醇甲醚的摩尔比为1:1。乙酸锌的浓度0.3～0.5mol/L。优选地，乙酸锌的浓度为0.5mol/L。乙酸锌的纯度大于99.99％，乙醇胺的纯度大于99％，乙二醇甲醚的纯度大于99.3％。所述种子层溶液中，氧化锌的浓度为20～50mmol/L。进一步地，所述步骤110具体包括以下步骤：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚以及乙醇胺中，在50～60℃下进行油浴加热1～1.5h，形成氧化锌溶胶；对所述氧化锌溶胶进行过滤以去除杂质；以及将滤液静置老化24～36h后形成所述种子层溶液。优选地，采用注射器和滤孔直径为0.45um的过滤器进行过滤。采用上述方法形成的氧化锌溶胶，可以很好地覆盖用于形成薄膜的基底表面，且形成的氧化锌薄膜均匀、平整，表面无孔洞、裂纹出现，且具有较好黏附力。进一步地，在对所述氧化锌溶胶进行过滤以去除杂质的步骤之前，还包括以下步骤：将氧化锌溶胶进行冷却。120：将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶于水中，形成均匀透明的水溶液。其中，所述水溶液为饱和的氧化锌氨水溶液，所述柠檬酸铵的纯度大于97％，所述硝酸铵的纯度大于99％，所述氨水的纯度为25～28％。所述水溶液中，氧化锌的浓度为28～58mmol/L，柠檬酸铵的浓度为0.5～4mmol/L。优选地，氧化锌的浓度为38mmol/L，柠檬酸铵的浓度为2mmol/L。进一步地，所述步骤120具体包括以下步骤：将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶于水中，并搅拌24～30h；对搅拌后的溶液进行过滤以去除未被溶解的氧化锌粉末，得到所述均匀透明的水溶液。优选地，采用注射器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法，其包括以下步骤：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚以及乙醇胺中，并在50～60℃条件下加热1～1.5h，形成均匀透明的种子层溶液；将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶于水中，形成均匀透明的水溶液，其中所述水溶液为饱和的氧化锌氨水溶液；提供一基底；在所述基底上涂覆所述种子层溶液，形成氧化锌种子层；将进行涂覆后的基底在170～330℃条件下进行退火处理，以使所述氧化锌种子层中结晶出氧化锌晶核；以及将进行退火处理后的基底浸入所述水溶液中进行沉积反应，形成氧化锌薄膜，其中沉积温度为60～90℃，沉积时间为50～60min。

【技术特征摘要】
1.一种铜锌锡硫太阳电池用顶电极的制备方法，其包括以下步骤：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚以及乙醇胺中，并在50～60℃条件下加热1～1.5h，形成均匀透明的种子层溶液；将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶于水中，形成均匀透明的水溶液，其中所述水溶液为饱和的氧化锌氨水溶液；提供一基底；在所述基底上涂覆所述种子层溶液，形成氧化锌种子层；将进行涂覆后的基底在170～330℃条件下进行退火处理，以使所述氧化锌种子层中结晶出氧化锌晶核；以及将进行退火处理后的基底浸入所述水溶液中进行沉积反应，形成氧化锌薄膜，其中沉积温度为60～90℃，沉积时间为50～60min。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用旋转涂膜、浸渍提拉镀膜、喷雾镀膜或丝网印刷的方法在所述基底上涂覆所述种子层溶液。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将乙酸锌、乙二醇甲醚以及乙醇胺在50～60℃下加热1～1.5h，形成均匀透明的种子层溶液具体包括以下步骤：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚以及乙醇胺中，在50～60℃下进行油浴加热1～1.5h，形成氧化锌溶胶；对所述氧化锌溶胶进行过滤；将滤液静置老化24～36h后形成所述种子层溶液。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将柠檬酸铵、硝酸铵、氧化锌粉末以及氨水溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀满林，田勇，刘荣跃，李冬霜，张维丽，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44