一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种CZTSSe柔性双面太阳电池，包括正反两面的CZTSSe太阳电池和中间连接的同一柔性衬底；所述的双面太阳电池的正反两面由内向外结构为柔性钼箔衬底、钼硒化层、CZTSSe吸收层、CdS缓冲层、ZnO/ITO窗口层、金属电极。其中制备方法包括：（1）钼箔的双面清洗，使用电化学法同时清洗两面；（2）双面CZTSSe薄膜的溶液法制备及共同硒化处理；（3）双面缓冲层的同时化学水浴沉积；（4）双面窗口层的交替溅射法沉积；（5）双面金属电极的蒸发法制备。本发明专利技术可全方位多角度地利用太阳光，提高对太阳光的利用率和转换效率，可制作成柔性携带产品、悬挂式光伏装饰产品等，实现光伏建筑装饰一体化。

【技术实现步骤摘要】
一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法
本专利技术属于太阳电池领域，更具体地，涉及一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法。
技术介绍
锌黄锡矿结构的Cu2ZnSn(S,Se)4（缩写为CZTSSe）具有合适的能带间隙（1.02-1.5eV）和吸收系数（104cm-1），且其组成元素更丰富、廉价和环保，被认为是未来更具发展前景的薄膜电池吸收层材料之一。CZTSSe柔性薄膜太阳电池因具有重量轻、成本低、可弯曲等优点，在便携式设备、移动电源等应用领域显示出较大应用价值。常用的柔性衬底有聚酰亚胺、铝箔、钼箔、柔性玻璃和不锈钢等，所获得的柔性CZTSSe电池效率超过10%。由于钼衬底具有好的热稳定性和化学稳定性，不仅可以保证预制层能在较高温度下进行硒化退火处理且衬底不发生改性，还可以省去沉积背电极钼薄膜工序，简化工艺流程和降低成本。钼箔作为柔性衬底在CZTSSe太阳电池中取得较好的应用效果，并且具有双面导电性，是作为双面电池衬底的最佳选择之一。目前柔性太阳电池都是单面的结构，只能吸收一个方向的太阳光，太阳光的利用率不高；另外单面的太阳电池不能悬挂摆放，占用面积较大，在光伏建筑及装饰一体化方面的应用受到阻碍。因此我们设计一种双面柔性的新型太阳电池结构，器件的正反两面都能吸收太阳光，并进行太阳能发电，实现多角度的利用太阳光，提升太阳光的利用效率，促进光伏一体化的发展。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法，由此解决现有技术存在不能充分利用太阳光、占用面积大、工艺技术缺乏等问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种CZTSSe柔性双面太阳电池，其正反两面均为柔性薄膜太阳电池，中间通过同一柔性衬底连接，正面和背面的电池可单独用于光伏发电，也可同时用于光伏发电；所述的双面太阳电池的正反两面由内向外结构为柔性衬底、钼硒化层、CZTSSe吸收层、CdS缓冲层、ZnO/ITO窗口层、金属电极。进一步，所述的正面和背面太阳电池的吸收层均为Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4（缩写为CZTSSe）薄膜，其中0<x<1。进一步，所述的柔性衬底为钼箔，正反两面抛光，可双面弯曲，厚度为0.5~2mm。进一步，所述Mo硒化层的厚度为200~2000nm，所述CZTSSe吸收层的厚度为1~4μm，所述的CdS缓冲层厚度为40~100nm，所述的ZnO/ITO窗口层中ZnO和ITO层的厚度分别为40~60nm和150~300nm。进一步，所述的金属电极为Ag或Al电极，厚度为300~600nm。本专利技术还提供了一种CZTSSe柔性双面太阳电池的制备方法，包括以下步骤：（1）衬底的两面清洗：采用电化学清洗技术一次性清洗钼箔的两面；（2）双面CZTSSe层制备：采用前躯体溶液旋涂技术，在钼箔衬底的两面分别旋涂CZTSSe前躯体溶液，然后以架空退火的方式获得CZTSSe薄膜，多次重复旋涂和退火，得到厚度为1~4μm；（3）双面Mo硒化层制备：将CZTSSe薄膜样品放入快速热退火炉中，采用高温硒化技术，硒化CZTSSe薄膜和Mo衬底，获得结晶的CZTSSe层和Mo硒化层；（4）双面CdS缓冲层制备：采用化学水浴沉积方法，同时在正反两面的CZTSSe薄膜上沉积CdS层，控制沉积条件得到厚度为40~100nm；（5）双面ZnO层制备：采用磁控溅射法在正反CdS层上先后两次沉积ZnO层，改变沉积条件，得到厚度为40~60nm；（6）双面ITO层制备：采用磁控溅射法在正反ZnO层上先后两次沉积ITO层，改变沉积条件，得到厚度为150~300nm；（7）双面金属电极制备：采用真空蒸镀技术在双面ITO层上先后两次沉积Ag或Al电极，改变沉积条件，得到厚度为300~600nm。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：（1）本专利技术的柔性双面太阳电池，具有正反两面都吸收太阳光的能力，实现多角度的利用太阳光，提升太阳光的利用效率。（2）本专利技术的柔性双面太阳电池，可以实现悬挂式放置，在太阳东升西落整个过程中都能发电，大幅度降低占用面积。（3）本专利技术的柔性双面太阳电池中采用钼箔作为中间的柔性衬底。金属钼箔能很好匹配CZTSSe太阳电池工艺，具有很好的弯曲性和双面导电性，为双面电池提供了衬底支撑。（4）本专利技术的柔性双面太阳电池使用底衬结构，能够保证两面电池独立工作，不受到制约。双面电池器件共用一个导电衬底，实现阳级共连，节省了器件串并联的成本。（5）本专利技术的柔性双面太阳电池所采用的制备工艺（如CZTSSe薄膜的制备、CdS薄膜的制备、钼硒化层的制备等），薄膜的两面都是在一次制备工艺中获得，大量节省时间和成本，工艺具有极大创新性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种CZTSSe柔性双面太阳电池的结构示意图；图2是本专利技术双面柔性CZTSSe太阳能电池横截面的SEM图像；图3是本专利技术实施例提供的CZTSSe柔性双面太阳电池的正反面的性能曲线；图中：1-柔性衬底、2-钼硒化层、3-CZTSSe吸收层、4-CdS缓冲层、5-ZnO层、6-ITO层、7-金属电极。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1双面CZTSSe薄膜的制备工艺：（1）将单质铜、锌、锡、硫、硒按照一定的比例加入乙二胺和乙二硫醇的混合液中，加热搅拌获得均一澄清的CZTSSe前驱体溶液。（2）把CZTSSe前驱体溶液转移到手套箱，将其滴到柔性钼箔一面（正面）上旋涂，3000rpm转30s，后在热台上300度结烧，钼箔的正面上获得一薄层的CZTSSe薄膜。（3）将CZTSSe前驱体溶液滴到的钼箔的反面旋涂，3000rpm转30s，随后将样品架空，放在热台上方300度结烧，钼箔的反面上获得一薄层的CZTSSe薄膜。（4）重复旋涂和烧结的过程，对上述薄膜的正反面进行交替沉积CZTSSe薄膜，重复9次，在钼箔的正反面获得1.8μm的双面CZTSSe薄膜。实施例2CZTSSe柔性双面太阳电池的具体制备过程：（1）在恒压条件下，将钼箔置于甲醇(85mL)与浓硫酸(15mL)的混合溶液中通过电化学清洗，清除其表面杂质及氧化钼。然后依次用去离子水、异丙醇、无水乙醇超声清洗，每项5分钟，然后用氮气吹干。（2）采用前躯体溶液旋涂技术，在钼箔衬底的两面分别旋涂CZTSSe前躯体溶液，然后以架空退火的方式获得CZTSSe薄膜，多次重复旋涂和退火，得到厚度为1μm~4μm；（3）将带有C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CZTSSe柔性双面太阳电池，其特征在于，所述电池正反两面均为柔性薄膜太阳电池，中间通过同一柔性衬底连接；所述电池正反两面由内向外结构为柔性衬底、钼硒化层、CZTSSe吸收层、CdS缓冲层、ZnO/ITO窗口层、金属电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种CZTSSe柔性双面太阳电池，其特征在于，所述电池正反两面均为柔性薄膜太阳电池，中间通过同一柔性衬底连接；所述电池正反两面由内向外结构为柔性衬底、钼硒化层、CZTSSe吸收层、CdS缓冲层、ZnO/ITO窗口层、金属电极。


2.根据权利要求1所述的CZTSSe柔性双面太阳电池，其特征在于，所述的正面和背面太阳电池的吸收层均为Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4，其中0<x<1。


3.根据权利要求1所述的CZTSSe柔性双面太阳电池，其特征在于，所述的柔性衬底为钼箔，正反两面抛光，可双面弯曲，厚度为0.5mm~2mm。


4.根据权利要求1所述的CZTSSe柔性双面太阳电池，其特征在于，所述Mo硒化层的厚度为200~2000nm，所述CZTSSe吸收层的厚度为1~4μm，所述的CdS缓冲层厚度为40~100nm，所述的ZnO/ITO窗口层中ZnO和ITO层的厚度分别为40~60nm和150~300nm。


5.根据权利要求1所述的CZTSSe柔性双面太阳电池，其特征在于，所述的金属电极为Ag或Al电极，厚度为300~600nm。

【专利技术属性】
技术研发人员：程树英，邓辉，孙全震，杨志远，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35