一种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衬底、背电极、CZTSxSe1

【技术实现步骤摘要】
一种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
，特别是涉及一种铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能资源的大规模利用是解决全球能源和环境问题的重要手段，其中，光伏发电是太阳能利用的最重要方式之一。作为一类新型薄膜太阳能电池，铜锌锡硫硒(CZTSSe)太阳能电池由于其出色的性价比在未来的光伏市场中具有较强的竞争力，它能满足诸如光伏建筑一体化、柔性可穿戴设备等多场景应用需求。近年来，通过吸收层体相调控等方法，已经将此类电池效率提升至超过14％。
[0003]然而，相比于钙钛矿等新型太阳能电池，CZTSSe电池的性能仍有很大提升空间。特别是其开路电压，仅达到Shockley
‑
Quiesser理论极限的60％，处于较低水平，其中，耗尽区内严重的界面缺陷是导致载流子复合严重、开路电压损失大的重要原因。目前已经出现了关于界面钝化方面的研究和报道，但都仅能在一定程度上缓解这一问题。因此，亟需一种能够从源头上减少缺陷形成，进一步降低界面缺陷，提升开路电压，提高CZTSSe电池效率的技术方案。

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通过基于溶液法制备ZnO窗口层，避免了磁控溅射法制备窗口层对CZTSSe/CdS(pn)结区的轰击损伤，显著降低CZTSSe/CdS界面缺陷和载流子复合速率，提高CZTSSe太阳能电池的开路电压。
[0006]本专利技术的一个进一步的目的在于通过引入界面修饰层，进一步提升填充因子及电池效率。
[0007]本专利技术的一个又进一步的目的在于在获得高性能CZTSSe太阳能电池的同时，提高电池重复性，降低操作难度。
[0008]根据本专利技术的一方面，提供了一种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
x
Se1‑
x
(0≤x≤1)吸收层、缓冲层、ZnO窗口层、导电窗口层和顶栅电极，其中，所述ZnO窗口层通过溶液法制备。
[0009]可选地，所述ZnO窗口层的厚度为1～100nm。
[0010]可选地，所述ZnO窗口层是由ZnO溶胶凝胶或ZnO纳米晶胶体溶液制备而成，其中，所述ZnO溶胶凝胶或ZnO纳米晶胶体溶液的浓度为0.1～100mg/mL。
[0011]优选地，所述ZnO溶胶凝胶或ZnO纳米晶胶体溶液的浓度为20～50mg/mL。
[0012]可选地，所述铜锌锡硫硒太阳能电池还包括处于所述ZnO窗口层和所述导电窗口层之间的界面修饰层，所述界面修饰层通过溶液法制备。
[0013]可选地，所述界面修饰层的厚度为1～20nm。
[0014]可选地，所述界面修饰层的材料为冠醚类、硫醇类、膦酸类和胺类中的一种或多种；
[0015]制备所述界面修饰层的所述材料的溶液浓度为0.1～10mg/mL。
[0016]优选地，所述材料的溶液浓度为0.5～1mg/mL。
[0017]可选地，所述冠醚类包括12
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冠醚
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4、15
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冠醚
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5、18
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冠醚
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6、21
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冠醚
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7和二苯并
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18
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冠醚
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6中的一种或多种；
[0018]所述硫醇类包括苯乙硫醇、乙二硫醇、异丁硫醇、环戊硫醇和嘧啶硫醇中的一种或多种；
[0019]所述膦酸类包括磷酰基乙酸、丁基膦酸、对羧基苯基膦酸、卤代苯基膦酸和苄基膦酸中的一种或多种；
[0020]所述胺类包括乙二胺、聚乙烯亚胺、半胱氨酸、二乙烯三胺和三聚氰胺中的一种或多种。
[0021]可选地，所述溶液法包括旋涂法、刮涂法或喷涂法。
[0022]可选地，所述背电极的材料为钼。
[0023]可选地，所述CZTS
x
Se1‑
x
(0≤x≤1)吸收层包含用于掺杂或合金化的以下元素中的一种或多种：Ag、Cd、Ge和碱金属。
[0024]可选地，所述缓冲层的材料为硫化镉、硫化锌镉(Zn,Cd)S和氧化锌镁(Zn,Mg)O中的一种或多种。
[0025]可选地，所述导电窗口层的材料为氧化铟锡ITO或掺铝氧化锌AZO。
[0026]可选地，所述顶栅电极为镍/铝双层电极、铝电极或银电极。
[0027]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种前述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、CZTS
x
Se1‑
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吸收层、缓冲层、ZnO窗口层、导电窗口层和顶栅电极，其中，通过溶液法原位制备所述ZnO窗口层。
[0028]本专利技术提供的铜锌锡硫硒太阳能电池，通过引入溶液法制备的ZnO窗口层，避免了磁控溅射方法对CZTSSe/CdS基底的损伤，极大地减少了pn结区缺陷浓度，抑制载流子复合，提高CZTSSe太阳能电池的开路电压。
[0029]进一步地，本专利技术的铜锌锡硫硒太阳能电池中通过引入界面修饰层，提高了ZnO窗口层的电学性能，能够优化匹配ZnO窗口层与前后层的能带结构，进一步提升填充因子及电池效率。
[0030]进一步地，在本专利技术提供的铜锌锡硫硒太阳能电池的制备方法中，通过溶液法原位制备ZnO窗口层和界面修饰层，在保证CZTSSe太阳能电池的优异性能的同时，提高工艺可靠性及良品率，操作难度低，重复性好。
[0031]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。
[0032]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
[0033]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：
[0034]图1为根据本专利技术一实施例的CZTSSe太阳能电池的结构示意图；
[0035]图2为根据本专利技术一实施例的CZTSSe太阳能电池的制备方法的流程示意图；
[0036]图3a至图3c为根据本专利技术实施例的CZTSSe太阳能电池的ZnO窗口层、界面修饰层和CZTS
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Se1‑
x
吸收层的能带结构示意图。
具体实施方式
[0037]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种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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Se1‑
x
(0≤x≤1)吸收层、缓冲层、ZnO窗口层、导电窗口层和顶栅电极，其特征在于，所述ZnO窗口层通过溶液法制备。2.根据权利要求1所述的铜锌锡硫硒太阳能电池，其特征在于，所述ZnO窗口层的厚度为1～100nm。3.根据权利要求1所述的铜锌锡硫硒太阳能电池，其特征在于，所述ZnO窗口层是由ZnO溶胶凝胶或ZnO纳米晶胶体溶液制备而成，其中，所述ZnO溶胶凝胶或ZnO纳米晶胶体溶液的浓度为0.1～100mg/mL；优选地，所述ZnO溶胶凝胶或ZnO纳米晶胶体溶液的浓度为20～50mg/mL。4.根据权利要求1所述的铜锌锡硫硒太阳能电池，其特征在于，还包括处于所述ZnO窗口层和所述导电窗口层之间的界面修饰层，所述界面修饰层通过溶液法制备。5.根据权利要求4所述的铜锌锡硫硒太阳能电池，其特征在于，所述界面修饰层的厚度为1～20nm。6.根据权利要求4所述的铜锌锡硫硒太阳能电池，其特征在于，所述界面修饰层的材料为冠醚类、硫醇类、膦酸类和胺类中的一种或多种；制备所述界面修饰层的所述材料的溶液浓度为0.1～10mg/mL；优选地，所述材料的溶液浓度为0.5～1mg/mL。7.根据权利要求6所述的铜锌锡硫硒太阳能电池，其特征在于，所述冠醚类包括12
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冠醚
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4、15
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冠醚
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5、18
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冠醚
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6、2...

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