一种具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的制备方法，包括以下步骤：首先，将Mo基底置于真空条件下，射频溅射ZnS，形成第一溅射层；其次，在真空条件下，直流溅射Cu，在第一溅射层表面形成第二溅射层；再次，在第二溅射层的表面旋涂CZTS前驱体溶胶；最后，在S蒸气下进行退火处理。其中，修饰层的第一溅射层能够作为S蒸气阻挡层抑制Mo层的硫化，减少MoS2的厚度；修饰层的第二溅射层以Cu作为直流溅射的原料，更利于上层CZTS前驱体结晶，减少CZTS的晶界缺陷。此外，该修饰层能够在上层的CZTS薄膜及其下层的Mo电极之间构成的重p+型层，改善CZTS层与Mo背电极接触侧的载流子传输性能，进而提高太阳能电池器件的光电转换效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的制备方法。

技术介绍

[0002]铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4，CZTS)因其廉价无毒以及合适的能带结构，而被应用于太阳能电池器件中。目前，CZTS薄膜太阳能电池器件的光电转换效率已达到10％以上，展现出良好的应用前景。CZTS薄膜太阳能电池器件结构中钼基底背电极(Mo电极)在器件制备过程中会与CZTS薄膜反应而生成较厚的MoS2层，过厚的MoS2层不仅会阻碍电子向Mo电极的传输，而且还会破坏Mo电极的稳定性，器件长期使用后Mo电极存在脱落风险，从而导致器件损坏或失效。此外，由于多晶CZTS薄膜晶界较多，载流子散射较强，也影响了背电极对于CZTS薄膜中载流子的收集。
[0003]基于此，如何对CZTS薄膜太阳能电池背电极以及相关界面电子传输和收集性能进行改进，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的制备方法，以改善CZTS层与Mo背电极接触侧的载流子传输性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采取如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将Mo电极置于真空条件下，射频溅射ZnS，形成第一溅射层；
[0008]S2、将具有第一溅射层的Mo电极置于真空条件下，直流溅射Cu，在第一溅射层表面形成第二溅射层；
[0009]S3、在第二溅射层的表面旋涂CZTS前驱体溶胶；
[0010]S4、将步骤S3处理后的样品退火处理，得到具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极。
[0011]在本专利技术提供的制备方法中，为CZTS薄膜太阳能电池的Mo背电极制备了由两层溅射层构成的修饰层。其中，步骤S1中，射频溅射ZnS形成的第一溅射层能够为底层的Mo背电极和上层的CZTS薄膜之间提供富Zn成分比例，并构成重p+型层，有利于CZTS层中载流子向Mo基底的传输；此外，该层还可以作为S蒸气阻挡层抑制Mo层的硫化。
[0012]步骤S2中，在第一溅射层的基础上，直流溅射Cu形成第二溅射层，第二溅射层能够与其上层的CZTS前驱体以及下层的ZnS第一溅射层反应，构建“贫Cu富Zn”的比例成分，提供p+型掺杂效应。此外，第二溅射层采用Cu作为直流溅射原料，利用Cu及相关化合物低熔点的特性，更有利于上层CZTS前驱体结晶，进而减少CZTS的晶界缺陷。
[0013]进一步的，所述修饰层中，Cu/Zn的原子数目之比为1.1～1.9。该原子数目之比能
够在修饰层中达到“贫Cu富Zn”的目的，进而形成更有助于改善性能的p+型掺杂。在上述技术方案的基础上，所述步骤S1中，射频溅射的功率为10～100W，射频溅射的气压为0.1～5Pa，射频溅射的时间为1～10s。
[0014]在上述技术方案的基础上，所述步骤S2中，直流溅射的功率为10～100W，直流溅射的气压为0.1～5Pa，直流溅射的时间为0.5～10s。
[0015]在上述技术方案的基础上，所述步骤S3中，CZTS前驱体溶胶的制备方法包括：将Cu盐、Zn盐和Sn盐溶解于溶剂I中，获得CZTS前驱体溶胶。上述反应的温度为20～90℃，优选地，反应温度为40～60℃。
[0016]进一步的，所述溶剂I中，Cu盐的摩尔浓度为0.028～0.14mol/L，Zn盐的摩尔浓度为0.02～0.11mol/L，Sn盐的摩尔浓度为0.015～0.07mol/L。
[0017]进一步的，所述Cu盐、所述Zn盐和所述Sn盐的盐各自独立地选自氯化盐、硫酸盐、硝酸盐中的一种。所述溶剂I选自N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、1,4
‑
丁内酯、乙二醇、甲醇、乙醇、二甘醇胺，乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、十八烯、乙二硫醇、1,3
‑
丙硫醇和油胺中的一种或多种的组合。
[0018]进一步的，所述CZTS前驱体溶胶的制备方法中，还包括向溶剂I中加入添加剂，所述添加剂选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种，所述添加剂与溶剂I的体积比为1:25～50。上述添加剂有助于改善旋涂的成膜性能，形成平整性更好的CZTS薄膜。
[0019]在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中，退火处理的升温速率为5～30℃/min，退火处理的温度为400～600℃，退火处理的保温时间为10～60min，退火处理的降温速率为1～10℃/min。
[0020]在本专利技术中，步骤S4的退火处理的操作更有助于CZTS光吸收层在具有p+型重掺杂修饰层的Mo背电极上结晶成膜。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022](1)本专利技术提供的制备方法在Mo背电极的表面制备得到修饰层，该修饰层包括溅射ZnS形成的第一溅射层，以及在第一溅射层表面溅射Cu形成的第二溅射层。其中，第一溅射层能够作为S蒸气阻挡层抑制Mo层的硫化，减少或杜绝MoS2层的生长；第二溅射层以Cu作为直流溅射的原料，更利于上层CZTS前驱体结晶，改善CZTS薄膜的生长，进而减少CZTS的晶界缺陷。
[0023](2)本专利技术提供的制备方法，将CZTS前驱体旋涂于Mo背电极修饰层的表面，修饰层能够在其上层的CZTS薄膜及其下层的Mo电极之间构成“贫Cu富Zn”的重p+型层，并提供p+型掺杂效应，有利于CZTS层中载流子向Mo基底的传输，进而改善CZTS层与Mo背电极接触侧的载流子传输性能，提高太阳能电池器件的光电转换效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提供的具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的制备方法的流程示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例1制备得到的具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的结构示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合实施例对本专利技术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作出创造性劳动的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。
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0029]实施例1
[0030](1)将Mo基底置于真空腔室内，采用ZnS靶射频溅射第一溅射层，溅射功率为80W，溅射气压为1Pa，溅射时间为2s；
[0031](2)将具有第一溅射层的Mo基底置于真空腔室内，采用Cu靶直流溅射第二溅射层，溅射功率为40W，溅射气压为1Pa，溅射时间为1s，得到具有修饰层的Mo背电极；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极的制备方法，包括以下步骤：S1、将Mo基底置于真空条件下，射频溅射ZnS，形成第一溅射层；S2、将具有第一溅射层的Mo基底置于真空条件下，直流溅射Cu，在第一溅射层表面形成第二溅射层；S3、在第二溅射层的表面旋涂CZTS前驱体溶胶；S4、将步骤S3处理后的样品在S蒸气的气氛环境下进行退火处理，得到具有修饰层的CZTS薄膜太阳能电池背电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述修饰层中，Cu与Zn的原子数目之比为1.1～1.9。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，射频溅射的功率为10～100W，射频溅射的气压为0.1～5Pa，射频溅射的时间为0.5～10s。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，直流溅射的功率为10～100W，直流溅射的气压为0.1～5Pa，直流溅射的时间为0.5～10s。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，CZTS前驱体溶胶的制备方法包括：将Cu盐、Zn盐和Sn盐溶解于溶剂I中，获得CZTS前驱体溶胶。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂I中，C...

【专利技术属性】
技术研发人员：童正夫，韩长存，刘志锋，方黎，柳阳，王文君，谭保华，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：