具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法。该铜锌锡硫硒太阳能电池包括从下至上顺序堆叠的背电极、CZTS

【技术实现步骤摘要】
具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及薄膜太阳能电池
，特别是一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]进入二十一世纪以来，能源需求呈指数上升，传统化石能源不可再生且造成愈来愈严重的环境污染，因此开发利用太阳能成为解决目前能源问题的重要方向。将太阳能转换为电能的太阳能电池是太阳能利用的重要方式。在众多太阳能电池中，薄膜太阳能电池能满足多场景应用需求，如光伏建筑一体化、柔性可穿戴设备等。铜锌锡硫硒(CZTS
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，0≤x≤1)材料因具有吸光能力强、组成元素无毒且储量丰富、带隙匹配等优势，成为极具发展潜力的薄膜光伏吸收层材料。经过近二十年的发展，CZTSSe太阳能电池的最高认证效率(Power Conversion Efficiency，简称PCE)已经达到13.0％。
[0003]但是，铜锌锡硫硒太阳能电池的效率仍未达到工业化光伏器件的水平(PCE＞20％)，特别是其开路电压(Open
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Circuit Voltage，简称VOC)不及Shockley
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Quiesser理论极限的60％，说明在材料体相和器件界面存在严重的载流子复合。在电池的Mo/CZTS
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背界面存在两个诱发载流子复合的因素，一个是在高温硒(硫)化过程中反应生成的杂相Cu2S(e)、ZnS(e)和SnS(e)，另一个是Mo电极的功函数(～4.8eV)低于CZTSSe的功函数(～5.1eV)，使得在背界面形成肖特基结，虽然其空穴势垒很小，对空穴输运的阻挡可忽略不计，但该界面不具有分离载流子的功能，容易使得在吸收层深处产生的光生载流子都在此处聚集而发生复合。因此，如何实现光生载流子在背界面的有效分离以减少背界面载流子复合，从而提高CZTS
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器件的开路电压是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法。
[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池，可实现光生载流子在背界面的有效分离，抑制背界面载流子非辐射复合，提高CZTSSe太阳能电池的开路电压。
[0006]本专利技术的又一个目的在于提供一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池的制备方法，通过原位制备引入高功函数层和隔离层，在获得高性能铜锌锡硫硒太阳能电池的同时，提高良品率并降低操作难度。
[0007]特别地，根据本专利技术的一方面，提供了一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池，包括从下至上顺序堆叠的背电极、CZTS
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(0≤x≤1)吸收层、缓冲层、窗口层和顶栅电极；其特征在于
[0008]所述太阳能电池还包括从下至上顺序设置在所述背电极和所述CZTS
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吸收层之间的高功函数层和隔离层，所述高功函数层配置为诱导所述CZTS
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吸收层的能带向
上弯曲以形成背界面电场，所述隔离层配置为抑制所述高函数层的材料在高温下与其他物质发生化学反应。
[0009]可选地，所述高功函数层的材料包括高功函数的氧化物和贵金属中的一种或多种。
[0010]可选地，所述高功函数的氧化物包括氧化钼、氧化镍和氧化铜；
[0011]所述贵金属包括金、铂和钯。
[0012]可选地，所述隔离层的材料包括氧化铝、氧化硅和碳材料中的一种或多种。
[0013]可选地，所述碳材料包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和石墨。
[0014]可选地，所述高功函数层的厚度为50
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200nm；和/或
[0015]所述隔离层的厚度为10
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50nm。
[0016]可选地，所述背电极的材料包括钼；
[0017]所述缓冲层的材料包括硫化镉、硫化锌镉(Zn,Cd)S和氧化锌镁(Zn,Mg)O中的一种或多种；
[0018]所述窗口层为氧化锌/氧化铟锡双层结构或掺铝氧化锌AZO单层结构；
[0019]所述顶栅电极为镍/铝双层电极、铝电极或银电极。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供了一种前文任一项所述的具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池的制备方法，包括从下至上顺序制备所述太阳能电池的背电极、高功函数层、隔离层、CZTS
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吸收层、缓冲层、窗口层和顶栅电极，其特征在于，所述高功函数层和所述隔离层通过原位制备。
[0021]可选地，所述高功函数层通过真空溅射法、真空蒸镀法、溶液法或电化学沉积法制备；和/或
[0022]所述隔离层通过真空溅射法、真空蒸镀法、溶液法或电化学沉积法制备。
[0023]可选地，所述CZTS
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吸收层通过溶液法、真空法、电化学沉积法或纳晶法制备。
[0024]本专利技术的具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池中，通过引入高功函数层来诱导CZTS
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吸收层的背面能带向上弯曲，以形成背界面电场，从而促进空穴的输运同时阻挡电子，实现光生载流子在背界面的有效分离，抑制背界面载流子复合，提高器件开路电压；并通过引入隔离层，抑制后续制备吸收层的高温硫(硒)化过程中高功函数层的材料与CZTS
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或扩散到背界面的硫(硒)反应，从而有效保护高功函数层，进一步提升太阳能电池的填充因子。
[0025]本专利技术的具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池的制备方法中，通过原位制备法引入高功函层和隔离层，在保证制备的铜锌锡硫硒太阳能电池性能优异的同时，工艺可靠性高，良品率高，操作难度低，重复性好。
[0026]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
[0027]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
[0028]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0029]图1为根据本专利技术一实施例的具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池的结构示意图；
[0030]图2为根据本专利技术一实施例的具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池，包括从下至上顺序堆叠的背电极、CZTS
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(0≤x≤1)吸收层、缓冲层、窗口层和顶栅电极；其特征在于所述太阳能电池还包括从下至上顺序设置在所述背电极和所述CZTS
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吸收层之间的高功函数层和隔离层，所述高功函数层配置为诱导所述CZTS
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吸收层的能带向上弯曲以形成背界面电场，所述隔离层配置为抑制所述高功函数层的材料在高温下与其他物质发生化学反应。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述高功函数层的材料包括高功函数的氧化物和贵金属中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述高功函数的氧化物包括氧化钼、氧化镍和氧化铜；所述贵金属包括金、铂和钯。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述隔离层的材料包括氧化铝、氧化硅和碳材料中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述碳材料包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和石墨。6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述高功函数层的厚度为50

【专利技术属性】
技术研发人员：段碧雯，孟庆波，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：