多层膜时，各层的Cu、Zn和Sn相互扩散，含硫气氛中的硫也扩散至薄膜层中的各层膜中，从而形成CZTS吸收层(铜锌锡硫吸收层)，硫气氛中的硫进一步扩散至ZnO薄膜中，导致至少部分厚度的ZnO薄膜被硫化而形成ZnS缓冲层；当薄膜层是单层膜时，含硫气氛中的硫扩散至薄膜层中，形成CZTS吸收层，硫气氛中的硫进一步扩散至ZnO薄膜中，导致至少部分厚度的ZnO薄膜被硫化而形成ZnS缓冲层。
[0067](5)在经过退火处理的所述薄膜层上沉积背电极。
[0068]金属背电极为镍，厚度为200纳米。
[0069]经过上述步骤，制备得到的铜锌锡硫太阳能电池串联电阻为7.96Qcm2，开路电压496mV，短路电流13.0mA/cm2，填充因子42%，光电转换效率为2.71%。
[0070]实施例3
[0071]一种铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
[0072](I)玻璃衬底表面沉积金属Al薄膜
[0073]沉积方法为脉冲激光沉积法，沉积的金属Al薄膜厚度为1000纳米。
[0074](2)金属Al薄膜表面沉积ZnO薄膜
[0075]沉积方法为射频磁控溅射法，沉积的ZnO薄膜厚度为3000纳米。
[0076](3) ZnO薄膜表面沉积薄膜层，该薄膜层包含了 Cu-Zn-Sn或Cu-Zn-Sn-S
[0077]沉积方法为化学镀法，沉积的薄膜层中铜原子和锌原子的摩尔比为0.1，金属铜与金属锡的摩尔比为5，沉积的薄膜层厚度为3000纳米。与实施例1相似，薄膜层可以是单层膜或者多层单质膜，若为单层膜则是含有多种元素的合金，若是多层单质膜则每个元素单质形成一层膜。
[0078](4)高温退火处理
[0079]将包含所述衬底层、铝箔膜、ZnO薄膜和薄膜层的多层薄膜结构置于含硫气氛中退火处理，退火温度为600°C、升温速度为100°C /s、保温时间为120分钟，退火炉内气压为Iatm ;采用的含硫气氛为硫化氢、载气为氮气，气体流量为30000sccm。在高温的作用下，当薄膜层为多层膜时，各层的Cu、Zn和Sn相互扩散，含硫气氛中的硫也扩散至薄膜层中的各层膜中，从而形成CZTS吸收层(铜锌锡硫吸收层)，硫气氛中的硫进一步扩散至ZnO薄膜中，导致至少部分厚度的ZnO薄膜被硫化而形成ZnS缓冲层；当薄膜层是单层膜时，含硫气氛中的硫扩散至薄膜层中，形成CZTS吸收层，硫气氛中的硫进一步扩散至ZnO薄膜中，导致至少部分厚度的ZnO薄膜被硫化而形成ZnS缓冲层。AlZnO ZnO
[0080](5)在经过退火处理的所述薄膜层上沉积背电极。
[0081]金属背电极为铜，厚度为1000纳米。
[0082]经过上述步骤，制备得到的铜锌锡硫太阳能电池串联电阻为6.84 Ω cm2，开路电压517mV，短路电流19.6mA/cm2，填充因子52%，光电转换效率为5.27%。
[0083]实施例4
[0084]一种铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
[0085](I)玻璃衬底表面沉积金属Al薄膜
[0086]沉积方法为金属有机化学气相沉积法，沉积的金属Al薄膜厚度为3000纳米。
[0087](2)金属Al薄膜表面沉积ZnO薄膜
[0088]沉积方法为射频磁控溅射法，沉积的ZnO薄膜厚度为300纳米。
[0089](3) ZnO薄膜表面沉积薄膜层，该薄膜层包含了 Cu-Zn-Sn-S
[0090]沉积方法为涂覆法，沉积的薄膜层中铜原子和锌原子的摩尔比为3，金属铜与金属锡的摩尔比为2，硫元素原子占整个薄膜层的摩尔百分比为50 %，沉积的薄膜层厚度为5000纳米。
[0091](4)高温退火处理
[0092]将包含所述衬底层、铝箔膜、ZnO薄膜和薄膜层的多层薄膜结构置于含硫气氛中退火处理，退火温度为300°C、升温速度为200°C /s、保温时间为180分钟；退火炉内气压为5atm ;采用的含硫气氛为硫化氢、载气为氩气，气体流量为80000sccm。在高温的作用下，当薄膜层为多层膜时，各层的Cu、Zn和Sn相互扩散，含硫气氛中的硫也扩散至薄膜层中的各层膜中，从而形成CZTS吸收层(铜锌锡硫吸收层)，硫气氛中的硫进一步扩散至ZnO薄膜中，导致至少部分厚度的ZnO薄膜被硫化而形成ZnS缓冲层；当薄膜层是单层膜时，含硫气氛中的硫扩散至薄膜层中，形成CZTS吸收层，硫气氛中的硫进一步扩散至ZnO薄膜中，导致至少部分厚度的ZnO薄膜被硫化而形成ZnS缓冲层。
[0093](5)在经过退火处理的所述薄膜层上沉积背电极。
[0094]金属背电极为金，厚度为3000纳米。
[0095]经过上述步骤，制备得到的铜锌锡硫太阳能电池串联电阻为10.3Qcm2，开路电压42 ImV,短路电流21.5mA/cm2，填充因子46 %，光电转换效率为4.16%。
[0096]实施例5
[0097]一种铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
[0098](I)玻璃衬底表面沉积金属Al薄膜
[0099]沉积方法为溶胶凝胶法，沉积的金属Al薄膜厚度为5000纳米。
[0100](2)金属Al薄膜表面沉积ZnO薄膜
[0101]沉积方法为射频磁控溅射法，沉积的ZnO薄膜厚度为500纳米。
[0102](3) ZnO薄膜表面沉积薄膜层，该薄膜层包含了 Cu-Zn-Sn-S
[0103]沉积方法为化学气相沉积法，沉积的薄膜层中铜原子和锌原子的摩尔比为2，金属铜与金属锡的摩尔比为3，硫元素原子占整个薄膜层的摩尔百分比为20%，沉积的薄膜层厚度为3700纳米。与实施例1相似，薄膜层可以是单层膜或者多层单质膜，若为单层膜则是含有多种元素的合金，若是多层单质膜则每个元素单质形成一层膜。
[0104](4)高温退火处理
[0105]将包含所述衬底层、铝箔膜、ZnO薄膜和薄膜层的多层薄膜结构置于含硫气氛中退火处理，退火温度为800°C、升温速度为10°C /s、保温时间为240分钟；退火炉内气压为0.0OOOlatm ;采用的含硫气氛为硫化氢、载气为氦气，气体流量为lOOOOOsccm。在高温的作用下，当薄膜层为多层膜时，各层的Cu、Zn和Sn相互扩散，含硫气氛中的硫也扩散至薄膜层中的各层膜中，从而形成CZTS吸收层(铜锌锡硫吸收层)，硫气氛中的硫进一步扩散至ZnO薄膜中，导致至少部分厚度的ZnO薄膜被硫化而形成ZnS缓冲层；当薄膜层是单层膜时，含硫气氛中的硫扩散至薄膜层中，形成CZTS吸收层，硫气氛中的硫进一步扩散至ZnO薄膜中，导致至少部分厚度的ZnO薄膜被硫化而形成ZnS缓冲层。
[0106](5)在经过退火处理的所述薄膜层上沉积背电极。
[0107]金属背电极为铂，厚度为5000纳米。
[0108]经过上述步骤，制备得到的铜锌锡硫太阳能电池串联电阻为17.9Qcm2，开路电压556mV，短路电流17.6mA/cm2，填充因子47%，光电转换效率为4.60%。
[0109]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
【主权项】
1.一种铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征是，包括如下步骤: 在衬底层表面形成铝薄膜； 在所述铝箔膜表面上形成ZnO薄膜； 在所述ZnO薄膜上形成薄膜层，所述薄膜层包含铜、锌和锡； 将包含所述衬底层、铝箔膜、ZnO薄膜和薄膜层的多层薄膜结构置于含硫气氛中退火处理，所述薄膜层被硫化形成铜锌锡硫薄膜层，部分所述ZnO薄膜被硫化形成ZnS缓冲层；在经过退火处理的所述薄膜层上形成背电极。
2.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征是，所述薄膜层还包含硫。
3.如权利要求1或2所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征是，所述薄膜层是单层膜。
4.如权利要求1或2所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征是，所述薄膜层是多层膜，所述多层膜中的每一层膜是由所述薄膜层包含的一种物质构成。
5.如权利要求1或2所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征是，在所述退火步骤中:退火温度为200?800°C，升至所述退火温度的升温速度为0.1?200°C /s，保温时间为I?240分钟，退火炉内气压为0.00001?1atm0
6.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述含硫气氛的硫源由硫蒸汽、硫化锡蒸汽、硫化锌蒸汽和硫化氢中的至少一种提供。
7.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述含硫气氛的硫源由载气运输，载气选自氦气、氩气中氮气中的至少一种，气体流量为10?100000sccmo
8.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于， 所述薄膜层中:铜原子与锌原子的摩尔比为0.1?5，铜原子与锡原子的摩尔比为0.1 ?5。
9.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述铝薄膜的厚度为100?5000纳米。
10.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述ZnO薄膜的厚度为10?5000纳米。
11.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述薄膜层的厚度为100?5000纳米。
12.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述背电极的厚度为100?5000纳米。
13.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述背电极选自铝、镍、铜、金和铂中的一种或几种。
14.如权利要求1所述的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于，通过沉积形成所述薄膜层，所述沉积采用直流磁控溅射法、真空蒸发法、化学气相沉积法、化学镀和涂覆法中的一种。
【专利摘要】本发明公开了一种铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：在衬底层表面形成铝薄膜；在所述铝箔膜表面上形成ZnO薄膜；在所述ZnO薄膜上形成薄膜层，所述薄膜层包含铜、锌和锡；将包含所述衬底层、铝箔膜、ZnO薄膜和薄膜层的多层薄膜结构置于含硫气氛中退火处理，所述薄膜层被硫化形成铜锌锡硫薄膜层，部分所述ZnO薄膜被硫化形成ZnS缓冲层；在经过退火处理的所述薄膜层上形成背电极。
【IPC分类】H01L31-18
【公开号】CN104576827
【申请号】CN201410798196
【发明人】刘萍
【申请人】深圳丹邦投资集团有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月18日