专利名称：铜锌锡硫硒薄膜及其制备方法、铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏技术，特别是涉及铜锌锡硫硒薄膜、铜锌锡硫硒薄膜制备方法及铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池。
背景技术：
薄膜太阳能电池成本低重量轻，能在多种便宜的衬底上制备成器件，便于大规模生产，是未来太阳能电池发展的重要方向。铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳能电池能够同时兼顾高效率和低成本，由于其合金材料中的元素铜、锌、锡、硫和硒的地球储量非常丰富，不含有毒成分，从而也克服了薄膜太阳能光伏材料的资源瓶颈，使得铜锌锡硫硒薄膜太阳能 电池在大规模光伏发电上具有了可持续发展的能力，将是未来薄膜光伏电池中潜力巨大的竞争者。薄膜太阳能电池的结构为多层膜结构，从入光面开始，依次包括金属栅极层、透明电极层、窗口层、缓冲层、薄膜、背电极层及衬底。在铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池中，薄膜为铜锌锡硫硒薄膜，处于缓冲层与背电极层之间，用于对光的吸收和转换。铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜中包括铜锌锡硒Cu2ZnSnSe4 (CZTSe)和铜锌锡硫Cu2ZnSnS4 (CZTS)两种不同的合金组分。传统的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池因为光生载流子寿命短，收集效率不高，导致其光电转换效率不高，因此其光生载流子的寿命和扩散长度等还需极大提高。
发明内容
基于此，有必要提供一种光电转换效率高的铜锌锡硫硒薄膜及其制备方法一种铜锌锡硫硒薄膜，包括入光层，所述入光层包括第一入光面及与所述第一入光面相对的第一背光面，所述入光层的材料中硫与硒的摩尔比值沿所述第一入光面到所述第一背光面的方向逐渐降低；及背光层，所述背光层包括与所述第一背光面相连的第二入光面及远离所述第一背光面的第二背光面，所述背光层的材料中硫与硒的摩尔比值沿所述第二入光面到所述第二背光面的方向逐渐升高；其中，所述第二入光面处材料与所述第一背光面处材料中硫与硒的摩尔比值相等，所述第一入光面处材料中硫与硒的摩尔比值低于所述第二背光面处材料中硫与硒的摩尔比值。在其中一个实施例中，所述入光层的厚度为20(Γ500纳米，所述背光层的厚度为1500 1800纳米。在其中一个实施例中，所述入光层的第一入光面处材料中硫与硒的摩尔比为2:3^1:1,所述第一背光面及所述第一入光面的材料中硫与硒的摩尔比均为1:4，所述第二背光面处材料中硫与硒的摩尔比为3:2。一种铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，包括以下步骤将沉积有背电极层的衬底加热至40(T700°C ；采用蒸镀法或者溅射法，分别产生铜蒸汽、锌蒸汽及锡蒸汽，并通过蒸镀法加热硫源及硒源，产生硫蒸汽及硒蒸汽，将铜蒸汽、锌蒸汽、锡蒸汽、硫蒸汽及硒蒸汽同时沉积在所述背电极层上，沉积所得薄膜材料表面呈富铜状态；调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随
时间逐渐下降，直至背光层沉积形成完毕；停止输入所述铜蒸汽，并调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升；当沉积所得薄膜表面材料由富铜状态转变为贫铜状态时，停止输入所述锌蒸汽，保持所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值不变，并停止对所述衬底的加热，形成入光层；当所述衬底温度下降到42(T480°C时，停止输入所述锡蒸汽；及当所述衬底温度下降到26(T350°C时，停止输入所述硫蒸汽及所述硒蒸汽，制得铜锌锡硫硒薄膜。在其中一个实施例中，所述调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降的方法为逐渐降低所述硫源的加热温度和/或逐渐升高所述硒源的加热温度；所述调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升的方法为逐渐升高所述硫源的加热温度和/或逐渐降低所述硒源的加热温度。在其中一个实施例中，所述入光层的厚度为20(Γ500纳米，所述背光层的厚度为1500 1800纳米。一种铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，包括以下步骤将沉积有背电极层的衬底加热至40(T700°C ；采用蒸镀法或者溅射法，分别产生铜蒸汽、锌蒸汽及锡蒸汽，并通过蒸镀法加热硫源及硒源，产生硫蒸汽及硒蒸汽，将铜蒸汽、锌蒸汽、锡蒸汽、硫蒸汽及硒蒸汽同时沉积在所述背电极层上；调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降，直至背光层沉积形成完毕；调节所述硫源及所述硒源的加热温度，调节使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升；沉积所得铜锌锡硫硒薄膜到所需厚度时，停止输入所述铜蒸汽和锌蒸汽，保持所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值不变，并停止对所述衬底的加热，形成入光层；当所述衬底温度下降到42(T480°C时，停止输入所述锡蒸汽；当所述衬底温度下降到26(T350°C时，停止输入所述硫蒸汽及所述硒蒸汽，制得铜锌锡硫硒薄膜。在其中一个实施例中，所述调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降的方法为逐渐降低所述硫源的加热温度和/或逐渐升高所述硒源的加热温度；所述调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升的方法为逐渐升高所述硫源的加热温度和/或逐渐降低所述硒源的加热温度。在其中一个实施例中，所述入光层的厚度为20(Γ500纳米，所述背光层的厚度为1500 1800纳米。还有必要提供一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池。一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，包括依次层叠的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明电极层及金属栅极层，其中，所述光吸收层为上述铜锌锡硫硒薄膜。上述铜锌锡硫硒薄膜，随着材料中硫与硒的摩尔比值的变化，从入光层的第一入 光面开始，禁带宽度呈先降后升的V字形变化趋势。这种变化趋势的禁带宽度，可使得第一入光面至第一背光面，及第二背光面至第二入光面间产生电势差，将光生载流子从高复合区域中驱离，避免光生载流子之间的复合，延长了光生载流子的寿命，且产生的电势差有利于提闻光生载流子的扩散长度，提闻对光生载流子的收集效率，进而提闻了电池的光电转换效率。
图I为一实施例的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的结构图；图2为硫在硫与硒的总组分中的摩尔分数与铜锌锡硫硒薄膜材料禁带宽度的关系图；图3为图I所示铜锌锡硫硒薄膜的结构图；图4为图I所示铜锌锡硫硒薄膜材料的禁带宽度示意图；图5为一实施例的铜锌锡硫硒薄膜制备方法的流程图；图6为图5所示铜锌锡硫硒薄膜制备方法中硫与硒蒸汽的蒸发量与时间的关系图；图7为硫与硒的蒸发曲线图；图8为另一实施例的铜锌锡硫硒薄膜制备方法中硫和硒蒸汽的蒸发量与时间的关系图。
具体实施例方式为了解决铜锌锡硫硒材料中载流子的扩散长度偏小，材料深处产生的电荷不能被有效收集，导致其光电转换效率不高的问题，提出了一种光电转换效率高的铜锌锡硫硒薄膜及铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池。请参阅图1，本实施例的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池10，包括衬底100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、窗口层500、透明电极层600及金属栅极层700。其中，光吸收层300为铜锌锡硫硒薄膜。将光能转换为电能时，光线从缓冲层400中透射出，并进入铜锌锡硫硒薄膜300，铜锌锡硫硒薄膜300用于对光的吸收和转换。在铜锌锡硫硒薄膜300的材料中，其主要组分为铜锌锡硒及铜锌锡硫，因此，在铜锌锡硫硒薄膜300的材料中，硫与硒的总含量、铜含量、锌含量及锡含量的摩尔比大致为4:2:1 1，分子式为[Cu2(ZnSn) (SxSe1J4],其中X的取值介于O到I之间。。在单位组分的材料中，硫与硒两元素的总的摩尔量基本不变。请参阅图2，铜锌锡硒的禁带宽度是I. O电子伏特，铜锌锡硫的禁带宽度是I. 5电子伏特，理想情况下，随着S含量的增加，当硫在硫与硒的总组分中的摩尔分数上升时，铜锌锡硫硒薄膜材料的禁带宽度也随之线性上升。请参阅图3，铜锌锡硫硒薄膜300包括入光层310及背光层330。入光层310及背光层330均由铜锌锡硒及铜锌锡硫材料制成，入光层310与背光层330形成层状结构。入光层310包括第一入光面312及第一背光面314。当该铜锌锡硫硒薄膜作为太阳能电池的光吸收层时，在工作状态下，太阳光分别依次透过金属栅极层700、透明电极层600、窗口层500和缓冲层400，从第一入光面312射入铜锌锡硫硒薄膜300。入光层310的材料中，硫与硒的摩尔比值沿第一入光面312到第一背光面314方向逐渐降低。背光层330包括与入光层310相连的第二入光面332及远离入光层310的第二背光面334,第一背光面314与第二入光面332相贴合。在背光层330材料中,硫与硒的摩尔比值沿第二入光面332到第二背光面334逐渐升高。第一入光面312处材料中硫与硒的摩 尔比值低于第二背光面334处材料中硫与硒的摩尔比值。其中，第一背光面314处材料与第二入光面332处材料中硫与硒的摩尔比值相等。在铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池10中，铜锌锡硫硒薄膜300设置于背电极层200及缓冲层400之间，入光层310的第一入光面312与缓冲层400相贴合，背光层330的第二背光面334与背电极层200相贴合。具体的在本实施例中，上述铜锌锡硫硒薄膜300的厚度约为2000纳米，入光层310的厚度为200 500纳米，背光层330的厚度为1500 1800纳米。当光线照射至铜锌锡硫硒薄膜300时，若光子的能量等于或大于半导体的禁带宽度，则价带中的电子吸收光子后进入导带，产生电子-空穴对，这种电子-空穴对称为光生载流子，光生载流子通过电极引出来就形成光生电流，这就是光伏效应。产生的电子-空穴对在扩散到达电极之前可能会复合消失，特别在铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池10中，铜锌锡硫硒薄膜300与缓冲层400贴合的第一入光面312，及铜锌锡硫硒薄膜300与背电极层200贴合的第二背光面334，是光生载流子的高复合区。请参阅图4，上述铜锌锡硫硒薄膜300，随着材料中硫与硒的摩尔比值的变化，从入光层310的第一入光面312开始，禁带宽度呈先降后升的V字形变化趋势。这种变化趋势的禁带宽度，可使得第一入光面312至第一背光面314，及第二背光面334至第二入光面332间产生电势差，将光生载流子从高复合区域中驱离，避免光生载流子之间的复合，延长了光生载流子的寿命，且广生的电势差有利于提闻光生载流子的扩散长度，提闻对光生载流子的收集效率，进而提高了电池的光电转换效率。在一个实施例中，从光入射方向开始，在第一入光面312处，硫与硒的摩尔比为2:3 1:1，其禁带宽度约为I. 2(Tl. 25电子伏特，其后硫含量逐渐下降。到了第一背光面314及第二入光面332时，硫与硒的摩尔比均为1:4，其禁带宽度约为I. I电子伏特。进入背光层330后，硫含量逐渐上升，到了第二背光面334处，硫与硒的摩尔比为3:2 7:3，其禁带宽度约为I. 3(Tl. 35电子伏特。当铜锌锡硫硒薄膜300的禁带宽度为在I. 3电子伏特左右时，其铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池10的效率最高。第一入光面312处铜锌锡硫硒薄膜材料的禁带宽度设置成约为I. 20电子伏特，提高了铜锌锡硫硒薄膜电池10的开路电压。第一背光面314处材料与第二入光面332处材料中硫与硒的摩尔比值相等，可以有效抑制界面复合，并提高了长波吸收效率。请参阅图5，还提供了铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，包括以下步骤步骤S610，将沉积有背电极层的衬底加热至40(T700°C。衬底材料可选用玻璃，在玻璃表面可沉积一层钥作为背电极层。步骤S620，采用蒸镀法或者溅射法，分别产生铜蒸汽、锌蒸汽及锡蒸汽，并通过蒸镀法加热硫源及硒源，产生硫蒸汽及硒蒸汽，将铜蒸汽、锌蒸汽、锡蒸汽、硫蒸汽及硒蒸汽同时沉积在背电极层上，沉积所得薄膜材料表面显富铜状态。具体在本实施例中，采用蒸镀法可以使用束源炉，分别对铜源、锌源、锡源、硫源及硒源进行加热，并使其蒸发。铜源被加热至100(Tll0(rC，锌源被加热至40(T43(TC，锡源被加热至120(Tl30(rC，硫源被加热至10(Tl2(rC，硒源被加热至22(T250°C。束源炉可以通过其上设置的挡板控制相应蒸汽的开断。对铜源、锌源、锡源、硫源及硒源进行加热的设备还·可以为线型蒸发器或蒸发舟等。需要指出的是，还可以采用溅射法，例如磁控溅射法，采用氩离子轰击铜靶、锌靶和锡靶，在薄膜生长空间内产生铜蒸汽、锌蒸汽和锡蒸汽。上述各元素蒸汽沉积在背电极层上开始形成铜锌锡硫硒薄膜，此时，控制铜蒸汽的浓度，保持铜蒸汽的供给量略大于形成理想的铜锌锡硫硒薄膜的化学配比所需要的量，使沉积在背电极层上的铜略微过量，形成的铜锌锡硫硒薄膜材料表面上锌与锡的摩尔量之和与铜的摩尔比值小于O. 5，呈现富铜状态。步骤S630，调节硫源及硒源的加热温度，使硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降，直至背光层沉积形成完毕。各元素蒸汽开始不断输入并沉积，请参阅图6，其中，调节硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值，在(Γτο时间内逐渐下降，使沉积所得的铜锌锡硫硒薄膜材料中，硫与硒的摩尔比值从新沉积所得的表面向与背电极层贴合的第二背光面方向逐渐上升。至το时，沉积所得的铜锌锡硫硒薄膜达到所需厚度，沉积在背电极层上的背光层形成完毕。调节硫蒸汽与硒蒸汽中硫与硒的摩尔比值，可以通过控制对硫源与硒源的加热温度来实现。在真空条件下，硫与硒的蒸发曲线如图7所示，对硫源及硒源加热温度的升高时，为了达到气固两相或气液两相平衡，从硫源或硒源蒸发出的硫蒸汽或硒蒸汽就增多。具体的，可通过逐渐降低硫源的加热温度和/或逐渐升高对硒源的加热温度，从而使得硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值一定时间段内逐渐下降，最终使沉积所得的铜锌锡硫硒薄膜材料中，硫与硒的摩尔比值从新沉积所得的表面向与背电极层贴合的第二背光面方向逐渐上升。在本实施例中，刚通入各元素蒸汽时，通过调节硫蒸汽与硒蒸汽，使在与背电极层上贴合的第二背光面处材料中，硫与硒的摩尔比值约为3:2 7: 3。在(ΓΤ0时间段里，逐渐降低硫源的加热温度，使硫源的温度在(ΓΤ0时间段里逐渐降低5 1(TC，同时，逐渐升高硒源的加热温度，使硒源的温度在(ΓΤ0时间段里逐渐升高1(T20°C，随着硫源的加热温度的降低及硒源温度的升高，最终使硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值在(ΓΤ0时间段里逐渐下降，至第二入光面处的材料中，硫与硒的摩尔比值约为1:4，以使各元素蒸汽沉积形成150(Γ1800纳米的背光层。(ΓΤ0时间段约为8 10分钟。
步骤S640，停止输入铜蒸汽，并调节硫源及硒源的加热温度，使硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升。在一定时间内，通过逐渐升高硫源的加热温度和/或逐渐降低硒源的加热温度，使得硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值在该时间段内逐渐上升，各元素蒸汽在背光层上逐渐沉积形成铜锌锡硫硒薄膜的入光层，且沉积所得入光层材料中硫与硒的摩尔比值也从第一背光面向新沉积所得的表面方向逐渐升高至2: 3 1:1。具体的来说，在TO时，停止铜蒸汽的输入。在Τ(ΓΤ1时间段内，逐渐升高对硫源的加热温度，使硫源的温度在Τ(ΓΤ1时间段内逐渐升高2 5°C。同时，逐渐降低对硒源的加热温度，使硒源的温度在Τ(ΓΤ1时间段内逐渐降低5 1(TC，最终使硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值在Τ(ΓΤ1时间段内逐渐上升。Τ(ΓΤ1时间段约为2 4分钟。步骤S650，当沉积所得薄膜表面材料由富铜状态转变为贫铜状态时，停止输入锌蒸汽，保持硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值不变，并停止对衬底的加热，形成入光层。由于之前沉积所得的铜锌锡硫硒薄膜材料中，铜略微过量。在沉积所得的铜锌锡硫硒薄膜表面，锌与锡总量与铜的摩尔比值小于O. 5，呈现富铜状态。停止铜蒸汽后，随着其它元素蒸汽的不断通入并沉积，材料开始由富铜状态向贫铜状态转变。当沉积所得的薄膜材料表面的锌与锡总量与铜的摩尔比值大于O. 5时，薄膜材料呈现贫铜状态。当由富铜状态转变为贫铜状态时，沉积所得铜锌锡硫硒薄膜材料表面热辐射系数会发生改变，表面温度会出现突变。通过热偶或红外测温仪等设备可以检测其表面温度突变点，以此判断沉积所得铜锌锡硫硒薄膜表面材料是否由富铜状态转变为贫铜状态。铜锌锡硫硒薄膜表面材料由富铜状态转变为贫铜状态时，停止输入锌蒸汽，同时保持硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值不变，并停止对衬底的加热，使衬底温度逐渐下降。步骤S660，当衬底温度下降到42(T480°C时，停止输入锡蒸汽。当衬底温度下降到42(T480°C时，锡便很难从沉积所得铜锌锡硫硒薄膜材料中挥发或脱附，此时停止输入锡蒸汽。步骤S670，当衬底温度下降到26(T350°C时，停止输入硫蒸汽及硒蒸汽，制得铜锌锡硫硒薄膜。当衬底温度下降到300°C时，硫与硒便很难从沉积所得铜锌锡硫硒薄膜材料中挥发或脱附，此时停止输入硫蒸汽及硒蒸汽，制得完整的铜锌锡硫硒薄膜。需要注意的是，在制作由铜锌锡硫硒薄膜作为光吸收层的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池时，可在得到的铜锌锡硫硒薄膜上继续沉积制作出缓冲层、窗口层、透明电极层及金属栅极层，直至铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池形成。上述铜锌锡硫硒薄膜的制备方法中，通过调节硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值，使得所制得的铜锌锡硫硒薄膜材料中硫与硒的摩尔比值随之变化，最终使铜锌锡硫硒薄膜材料的禁带宽度呈先降后升的V字形变化趋势。这种V字形变化趋势的禁带宽度能产生电势差，将光生载流子从高复合区域中驱离，避免光生载流子之间的复合，延长了光生载流子的寿命，且产生的电势差有利于提高光生载流子的扩散长度，提高对光生载流子的收集效率，进而提高了铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的光电转换效率。上述实施例中，为了操作简便，步骤S630还可以具体为逐渐降低硫源的加热温度，使硫源的温度在8 10分钟内逐渐降低1(T20°C，在背电极层上形成完整的背光层。请参阅图8，在(TttO时间段里，逐渐降低硫源的加热温度，使硫源的温度在(TttO时间段里逐渐降低1(T20°C，随着硫源温度的降低，硫源产生的硫蒸汽摩尔量变少，硫蒸、汽与硒蒸汽的摩尔比值在(TttO时间段里逐渐下降。o、to时间段为8 10分钟，以形成1500^1800纳米的背光层。步骤S640具体为逐渐升高硫源的加热温度，使硫源的温度在4飞分钟内逐渐升闻 10 C。在ttO时，停止铜蒸汽的输入。在时间段内，逐渐升高对硫源的加热温度，使硫源的温度在时间段内逐渐升高15 30°C，使硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值在
时间段内逐渐上升。时间段为2 4分钟。ttl时，铜锌锡硫硒薄膜表面材料由富铜状态转变为贫铜状态时，停止输入锌蒸汽，保持硫蒸汽与硒蒸汽的摩尔比值不变，并停止对衬底的加热，形成入光层。之后陆续停 止锡蒸汽、硫蒸汽与硒蒸汽的通入，最终制得铜锌锡硫硒薄膜。上述铜锌锡硫硒薄膜的制备方法中，只需对硫源的加热温度进行控制，无需同时对硫源及硒源的加热温度进行调节。简化了操作。在另一实施例中，步骤S620中，通过对各蒸汽进行调节，使沉积在背电极层上的各元素蒸汽之间处于平衡，铜锌锡硫硒薄膜表面材料不再呈现富铜状态。沉积在背电极层上的铜不再过量。铜蒸汽直至沉积所得的铜锌锡硫硒薄膜达到了所需的厚度时，再停止其通入，同时停止通入锌蒸汽，并随后逐渐停止通入锡蒸汽、硫蒸汽及硒蒸汽，最终制得厚度为20(Γ500纳米的入光层及厚度为150(Γ1800纳米的背光层，形成完整的铜锌锡硫硒薄膜。上述实施例中，无需使沉积在背电极层上的铜锌锡硫硒薄膜呈现富铜状态，从而在整个制备方法中，只需通过控制沉积时间来控制所得铜锌锡硫硒薄膜的厚度，并不再需要使用特定设备测定铜锌锡硫硒薄膜表面由富铜状态转化为简化了贫铜状态的临界点，简化了操作。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种铜锌锡硫硒薄膜，其特征在于，包括入光层，所述入光层包括第一入光面及与所述第一入光面相对的第一背光面，所述入光层的材料中硫与硒的摩尔比值沿所述第一入光面到所述第一背光面的方向逐渐降低；及背光层，所述背光层包括与所述第一背光面相连的第二入光面及远离所述第一背光面的第二背光面，所述背光层的材料中硫与硒的摩尔比值沿所述第二入光面到所述第二背光面的方向逐渐升高；其中，所述第二入光面处材料与所述第一背光面处材料中硫与硒的摩尔比值相等，所述第一入光面处材料中硫与硒的摩尔比值低于所述第二背光面处材料中硫与硒的摩尔比值。
2.根据权利要求I所述的铜锌锡硫硒薄膜，其特征在于，所述入光层的厚度为20(Γ500纳米，所述背光层的厚度为150(Γ1800纳米。
3.根据权利要求I所述的铜锌锡硫硒薄膜，其特征在于，所述入光层的第一入光面处材料中硫与硒的摩尔比为2:3 1:1，所述第一背光面及所述第一入光面的材料中硫与硒的摩尔比均为1:4，所述第二背光面处材料中硫与硒的摩尔比为3:2。
4.一种铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 将沉积有背电极层的衬底加热至40(T700°C ； 采用蒸镀法或者溅射法，分别产生铜蒸汽、锌蒸汽及锡蒸汽，并通过蒸镀法加热硫源及硒源，产生硫蒸汽及硒蒸汽，将铜蒸汽、锌蒸汽、锡蒸汽、硫蒸汽及硒蒸汽同时沉积在所述背电极层上，沉积所得薄膜材料表面呈富铜状态； 调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降，直至背光层沉积形成完毕； 停止输入所述铜蒸汽，并调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升； 当沉积所得薄膜表面材料由富铜状态转变为贫铜状态时，停止输入所述锌蒸汽，保持所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值不变，并停止对所述衬底的加热，形成入光层； 当所述衬底温度下降到42(T480°C时，停止输入所述锡蒸汽；及当所述衬底温度下降到26(T350°C时，停止输入所述硫蒸汽及所述硒蒸汽，制得铜锌锡硫硒薄膜。
5.根据权利要求4所述的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，所述调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降的方法为逐渐降低所述硫源的加热温度和/或逐渐升高所述硒源的加热温度； 所述调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升的方法为逐渐升高所述硫源的加热温度和/或逐渐降低所述硒源的加热温度。
6.根据权利要求4所述的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，所述入光层的厚度为200 500纳米，所述背光层的厚度为1500 1800纳米。
7.—种铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 将沉积有背电极层的衬底加热至40(T700°C ； 采用蒸镀法或者溅射法，分别产生铜蒸汽、锌蒸汽及锡蒸汽，并通过蒸镀法加热硫源及硒源，产生硫蒸汽及硒蒸汽，将铜蒸汽、锌蒸汽、锡蒸汽、硫蒸汽及硒蒸汽同时沉积在所述背电极层上； 调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降，直至背光层沉积形成完毕； 调节所述硫源及所述硒源的加热温度，调节使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升； 沉积所得铜锌锡硫硒薄膜到所需厚度时，停止输入所述铜蒸汽和锌蒸汽，保持所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值不变，并停止对所述衬底的加热，形成入光层； 当所述衬底温度下降到42(T480°C时，停止输入所述锡蒸汽； 当所述衬底温度下降到26(T350°C时，停止输入所述硫蒸汽及所述硒蒸汽，制得铜锌锡硫硒薄膜。
8.根据权利要求7所述的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，所述调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降的方法为逐渐降低所述硫源的加热温度和/或逐渐升高所述硒源的加热温度； 所述调节所述硫源及所述硒源的加热温度，使所述硫蒸汽与所述硒蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升的方法为逐渐升高所述硫源的加热温度和/或逐渐降低所述硒源的加热温度。
9.根据权利要求7所述的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，所述入光层的厚度为20(Γ500纳米，所述背光层的厚度为150(Γ1800纳米。
10.一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明电极层及金属栅极层，其中，所述光吸收层为如权利要求f 3任何一项所述的铜锌锡硫硒薄膜。
全文摘要
一种铜锌锡硫硒薄膜，包括入光层及背光层，所述入光层包括相对的第一入光面及第一背光面，所述入光层的材料中硫与硒的摩尔比值沿所述第一入光面到所述第一背光面的方向逐渐降低；所述背光层包括与所述第一背光面相连的第二入光面及远离所述第一背光面的第二背光面，所述背光层的材料中硫与硒的摩尔比值沿所述第二入光面到所述第二背光面的方向逐渐升高。上述铜锌锡硫硒薄膜中禁带宽度呈先降后升的V字形变化趋势有利于提高光生载流子的扩散长度，提高对光生载流子的收集效率，进而提高了使用该薄膜的太阳能电池的光电转换效率。同时，还提供了上述铜锌锡硫硒薄膜的制备方法及使用该铜锌锡硫硒薄膜的太阳能电池。
文档编号H01L31/18GK102779863SQ20121026918
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者冯叶, 刘壮, 杨春雷, 程冠铭, 罗海林, 肖旭东, 顾光一 申请人:深圳先进技术研究院, 香港中文大学