铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法，属于薄膜太阳能电池技术领域，其包括：采用快速升温的变温化学水浴沉积法制备，包括以下步骤：配置反应溶液；设置反应装置，将水浴锅预热至第一阶段反应温度T1，通过水浴加热；T1大于第一预定值，沉积第一预定时间；水浴加热沉积第二阶段，T2小于第二预定值，沉积第二预定时间；取出，采用去离子水清洗，用氮气吹干后烘干，得到样品；其中，T1大于T2。本发明专利技术提供的一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法，以获得质量更高的CdS薄膜，以提高其界面接触性能，降低其界面缺陷，消除漏电通道。

Copper, Zinc, Tin, Sulfur (Selenium) Thin Film Solar Cells and Preparation of Cadmium Sulfide Thin Films

The invention provides a copper, zinc, tin, sulfur (selenium) thin film solar cell and a preparation method of cadmium sulfide thin film, which belongs to the technical field of thin film solar cells. The method comprises the following steps: preparing a reaction solution by a fast heating chemical water bath deposition method, setting a reaction device, preheating a water bath pot to the first stage reaction temperature T1, and heating it by a water bath; At the first preset value, the first preset time of deposition; at the second stage of water bath heating deposition, T2 is less than the second preset value, and the second preset time of deposition; after cleaning with deionized water and drying with nitrogen, the samples are obtained; among them, T1 is greater than T2. The invention provides a copper, zinc, tin, sulfur (selenium) thin film solar cell and a preparation method of cadmium sulfide thin film, in order to obtain a higher quality CdS thin film, improve its interface contact performance, reduce its interface defects and eliminate leakage channels.

【技术实现步骤摘要】
铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法
本专利技术涉及薄膜太阳能电池
，特别是涉及一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法。
技术介绍
铜锌锡硫(硒)(CZTS(Se))薄膜太阳能电池具有吸收层组成元素丰度高，成本低，光谱响应范围宽，弱光响应好，适合产业化生产等特点，近年来吸引了科研界和产业界的广泛关注，是最有发展前途的光伏电池技术之一。在结构为glass/Mo/CZTS(Se)/CdS/i-ZnO/TCO的铜锌锡硫(硒)电池中，CdS薄膜与CZTS(Se)吸收层形成异质结，其成膜质量及界面质量对电池器件性能有巨大影响。化学水浴法是目前制备CdS薄膜最常用的方法之一，目前所报道的化学水浴沉积CdS薄膜的方式主要集中于恒温反应过程，所制备出的CdS薄膜质量和厚度只能通过改变预置沉积温度和前驱物浓度来实现，但是无法实现沉积过程中沉积速度的可调控。因此，所得到的CdS薄膜可能会存在较多的界面缺陷和漏电通道。有鉴于此，发展简单、重复性好、沉积速度可调的沉积方法以获得性能优异的CdS薄膜，对于改善CdS薄膜的成膜质量，提高铜锌锡硫(硒)(CZTS(Se))薄膜太阳能电池的性能具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法，以获得质量更高的CdS薄膜，以提高其界面接触性能，降低其界面缺陷，消除漏电通道。本专利技术的另一个目的是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法，以有效提高太阳电池的器件效率。特别地，本专利技术提供了一种用于铜锌锡硫(硒)太阳能电池的硫化镉薄膜的制备方法，采用快速升温的变温化学水浴沉积法制备，包括以下步骤：S1，配置反应溶液，将镉盐，氨水，铵盐，硫脲，按照一定比例，顺序溶解于去离子水中；S2，设置反应装置，将水浴锅预热至第一阶段反应温度T1，将沉积铜锌锡硫(硒)薄膜/Mo的玻璃片置于所述反应溶液中，并通过水浴加热；S3，水浴加热沉积第一阶段，T1大于第一预定值，沉积第一预定时间；S4，水浴加热沉积第二阶段，水浴加热温度为第二阶段反应温度T2，T2小于第二预定值，沉积第二预定时间；S5，取出沉积硫化镉薄膜的铜锌锡硫(硒)薄膜/Mo的玻璃片，采用去离子水清洗，用氮气吹干后烘干，得到样品；其中，T1大于T2。可选地，所述第一预定值为65℃，T1的范围为65～95℃。可选地，所述第一预定时间为10s～15min。可选地，所述第二预定值为90℃，T2的范围为55～90℃。可选地，所述第二预定时间为30s～15min。可选地，S1中所述镉盐为硫酸铬、氯化铬、乙酸镉、碘化铬中的一种；所述铵盐为氯化铵、硫酸铵、乙酸铵中的一种。可选地，S1中所述反应溶液中，所述镉盐产生的Cd2+浓度为0.5～8.5mmol/Lol/L，所述氨水浓度为0.1～1.5mmol/L，所述铵盐产生的NH4+的浓度为0.5～55mmol/L，所述硫脲的浓度为5～90mmol/L。可选地，所述硫化镉薄膜的厚度为5～500nm。可选地，S2中将所述反应溶液置入反应容器内后，将所述反应容器放入所述水浴锅内以通过水浴加热；所述反应容器悬空/悬浮于所述所述水浴锅内。本专利技术还提供了一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池，包括采用快速升温的变温化学水浴沉积法制备的硫化镉薄膜，所述硫化镉薄膜为采用如前所述的方法制备而成。本专利技术提供的一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法，采用增大反应容器与水浴接触的比表面积的方式实现反应溶液快速升温。CdS薄膜沉积分两个阶段，水浴沉积第一阶段采用高温水浴，获得成膜致密、连续的CdS薄膜；水浴沉积第二阶段采用低温水浴，控制反应速率及沉积的硫化镉颗粒粒径，获得紧密堆积的，低粗糙度无孔硫化镉膜层。通过该方法制备的硫化镉薄膜连续、致密、与吸收层接触良好，界面缺陷低，漏电通道少，进而有效提高太阳电池的器件效率。本专利技术提供的一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法，其有益效果是：快速升温的变温化学水浴沉积制备硫化镉缓冲层的工艺，能有效提高硫化镉膜层质量；本专利技术所涉及的快速升温的变温化学水浴沉积制备方法，对于提高与CZTS(SE)Se接触的初层膜(即水浴沉积第一阶段时生成的硫化镉膜层)的质量，有效减少太阳能电池器件的界面复合和漏电通道，明显提高电池的填充因子和开路电压，进而提高器件效率。本专利技术所涉及的快速升温的变温化学水浴沉积制备方法，适用于各类真空法和非真空法制备的铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1为根据本专利技术的一种用于铜锌锡硫(硒)太阳能电池的硫化镉薄膜的制备方法的流程示意图；图2为根据本专利技术的一种具有硫化镉薄膜的铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池的结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的硫化镉薄膜制备过程中的水浴加热装置的结构示意图；图4为根据本专利技术制备的CdS薄膜表面形貌图。具体实施方式下面通过附图和实施方式对本专利技术专利做进一步说明。但本专利技术的保护方位并不局限于以下实例，应包含权利要求书中的全部内容。本专利技术的专利技术人在研究中发现：采用恒温水浴法制备CdS薄膜时，所制备出的CdS薄膜质量和厚度只能通过改变预置沉积温度和前驱物浓度来实现，但是无法实现沉积过程中沉积速度的可调控。因此，所得到的CdS薄膜可能会存在较多的界面缺陷和漏电通道。而通过增加多阶段的水浴，改变各阶段的水浴条件，可以有效控制反应速率，是一种简单、重复性好、沉积速度可调的沉积方法以获得性能优异的CdS薄膜，对于改善CdS薄膜的成膜质量，提高铜锌锡硫(硒)(CZTS(Se))薄膜太阳能电池的性能具有重要意义。基于此发现，提出了本专利技术的一种铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池及其硫化镉薄膜制备方法，采用增大反应容器与水浴接触的比表面积的方式实现反应溶液快速升温。CdS薄膜沉积分两个阶段，水浴沉积第一阶段采用高温水浴，获得成膜致密、连续的CdS薄膜；水浴沉积第二阶段采用低温水浴，控制反应速率及沉积的硫化镉颗粒粒径，获得紧密堆积的，低粗糙度无孔硫化镉膜层。通过该方法制备的硫化镉薄膜连续、致密、与吸收层接触良好，界面缺陷低，漏电通道少，进而有效提高太阳电池的器件效率。图1为根据本专利技术的一种用于铜锌锡硫(硒)太阳能电池的硫化镉薄膜的制备方法的流程示意图。图2为根据本专利技术的一种具有硫化镉薄膜的铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池的结构示意图。图3为根据本专利技术一个实施例的硫化镉薄膜制备过程中的水浴加热装置的结构示意图。如图1-图3所示，本专利技术提供的一种用于铜锌锡硫(硒)太阳能电池的硫化镉薄膜的制备方法，采用快速升温的变温化学水浴沉积法制备，一般性地，可以包括以下步骤：S1，配置反应溶液，将镉盐，氨水，铵盐，硫脲，按照一定比例，顺序溶解于去离子水中；S2，设置反应装置，将水浴锅2预热至第一阶段反应温度T1，将沉积铜锌锡硫(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于铜锌锡硫(硒)太阳能电池的硫化镉薄膜的制备方法，其特征在于，采用快速升温的变温化学水浴沉积法制备，包括以下步骤：S1，配置反应溶液，将镉盐，氨水，铵盐，硫脲，按照一定比例，顺序溶解于去离子水中；S2，设置反应装置，将水浴锅预热至第一阶段反应温度T1，将沉积铜锌锡硫(硒)薄膜/Mo的玻璃片置于所述反应溶液中，并通过水浴加热；S3，水浴加热沉积第一阶段，T1大于第一预定值，沉积第一预定时间；S4，水浴加热沉积第二阶段，水浴加热温度为第二阶段反应温度T2，T2小于第二预定值，沉积第二预定时间；S5，取出沉积硫化镉薄膜的铜锌锡硫(硒)薄膜/Mo的玻璃片，采用去离子水清洗，用氮气吹干后烘干，得到样品；其中，T1大于T2。

【技术特征摘要】
1.一种用于铜锌锡硫(硒)太阳能电池的硫化镉薄膜的制备方法，其特征在于，采用快速升温的变温化学水浴沉积法制备，包括以下步骤：S1，配置反应溶液，将镉盐，氨水，铵盐，硫脲，按照一定比例，顺序溶解于去离子水中；S2，设置反应装置，将水浴锅预热至第一阶段反应温度T1，将沉积铜锌锡硫(硒)薄膜/Mo的玻璃片置于所述反应溶液中，并通过水浴加热；S3，水浴加热沉积第一阶段，T1大于第一预定值，沉积第一预定时间；S4，水浴加热沉积第二阶段，水浴加热温度为第二阶段反应温度T2，T2小于第二预定值，沉积第二预定时间；S5，取出沉积硫化镉薄膜的铜锌锡硫(硒)薄膜/Mo的玻璃片，采用去离子水清洗，用氮气吹干后烘干，得到样品；其中，T1大于T2。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一预定值为65℃，T1的范围为65～95℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一预定时间为10s～15min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二预定值为90℃，T2的范围为55～90℃。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆波，于晴，郭林宝，段碧雯，李冬梅，石将建，罗艳红，吴会觉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11