调控铜锌锡硫（硒）太阳能电池吸收层背面结晶的方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种调控铜锌锡硫(硒)太阳能电池吸收层背面结晶的方法。

背景技术：

吸收层是太阳能电池中最重要的一层，吸收层质量的好坏会严重影响太阳能电池的器件效率。在铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池中，吸收层的质量一直受到多层结晶问题的困扰。所谓多层结晶是指除了普遍的正面生长的晶粒之外，金属钼电极和吸收层的背界面(mo/czts(se)界面)也会有一层晶体生长。对于碳残留少的制备方式，这样双向生长的晶体最终相碰，无法互相融合，最终形成上面是大晶粒、下面是大晶粒、中间断开的双层结晶。对于碳残留较多的制备方式，会有小晶粒层存在，最终形成上面是大晶粒、下面是大晶粒、中间间隔一层小晶粒的三层结晶。无论是哪种形貌的多层结晶，都会引入大量缺陷态，阻碍载流子传输。而且由于下层晶粒的生长会与上层晶体竞争有限的原料，使上层晶粒无法充分长大，导致吸收层薄膜的正面覆盖不满。对于该问题，目前还没有一个合适的解决方案。

技术实现要素：

本发明的一个目的是要提供一种避免吸收层出现多层结晶的方法。

本发明一个进一步的目的是对铜锌锡硫(硒)太阳能电池背界面晶体的生长方式进行调控进而消除吸收层的背面结晶，提高原料的利用率。

本发明另一个进一步的目的是要使对吸收层的调控更均匀，更可控，重复性更高。

特别地，本发明提供了一种调控铜锌锡硫(硒)太阳能电池吸收层背面结晶的方法，包括：利用物理气相沉积方式在阳极电极和吸收层界面之间引入隔离层来抑制吸收层背面的结晶。

可选地，阳极电极为钼电极。

可选地，隔离层选自氧化硅、氮化硅、氧化铝、硒化钼、硫化钼、氮化钛、氮化铝或氮化硼。

可选地，隔离层的厚度大于1nm。

可选地，隔离层的厚度为5-20nm。

可选地，该方法包括以下步骤：

首先，在真空条件下，对钼基底进行以下处理中的一种，得到复合钼电极：

通过溅射方式将隔离层的原料溅射沉积到钼基底上；或者

通过热蒸发方式将隔离层的原料蒸发沉积到钼基底上；或者

通过电子束蒸发方式将隔离层的原料蒸发沉积到钼基底上；

其次，在复合钼电极上形成吸收层。

可选地，钼基底是磁控溅射在钠钙玻璃上的金属钼薄膜或金属钼箔。

可选地，在复合钼电极上形成吸收层的步骤包括：

在复合钼电极上形成铜锌锡硫(硒)前驱膜；

对铜锌锡硫(硒)前驱膜进行硫/硒化，实现在复合钼电极上形成吸收层。

可选地，在复合钼电极上形成铜锌锡硫(硒)前驱膜的步骤包括：

将铜、锌、锡、硫、硒引入到溶剂中，得到前驱体溶液；

将前驱体溶液复合到复合钼电极上，形成铜锌锡硫(硒)前驱膜。

可选地，对铜锌锡硫(硒)前驱膜进行硫/硒化的步骤是：

将铜锌锡硫(硒)前驱膜在400℃-700℃温度范围、硫气氛/硒气氛中进行硫/硒化，形成吸收层。

本发明通过在阳极电极/铜锌锡硫(硒)吸收层的背界面通过物理气相沉积方式(pvd)引入隔离层，有效抑制该界面的晶核形成，进而消除铜锌锡硫(硒)吸收层的背面结晶，提高原料的利用率，获得更大晶粒、缺陷态和次生相更少、更致密的吸收层，进而有效提高器件效率。同时，使用物理气相沉积方式制备的隔离层具有更均匀，更可控，重复性更高的优点。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明的调控方法的流程示意图。

图2是依照本发明的方法处理得到的铜锌锡硫(硒)太阳能电池的一个实施例的结构示意图。

图3是对比例的铜锌锡硫(硒)太阳能电池的扫描电子显微镜图。

图4是本发明的铜锌锡硫(硒)太阳能电池的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

本发明人发现铜锌锡硫(硒)薄膜太阳能电池的吸收层的背面结晶可能是由于钼与前驱膜发生了反应，引起了背界面的结晶。由此，本发明人提出了通过阻隔钼和铜锌锡硫(硒)前驱膜的直接接触来阻止这种反应，消除吸收层背面的结晶。

本发明实施例的调控铜锌锡硫(硒)太阳能电池吸收层背面结晶的方法，包括：利用物理气相沉积方式在阳极电极和吸收层界面之间引入隔离层来抑制吸收层背面的结晶。阳极电极为钼电极。

隔离层选自氧化硅、氮化硅、氧化铝、硒化钼、硫化钼、氮化钛、氮化铝或氮化硼。隔离层的厚度大于1nm。优选为5-20nm，在此数值范围内时，既能有效抑制吸收层背面结晶，同时，不影响载流子的收集。隔离层的厚度也可以是例如50nm、150nm、350nm、700nm。

图1是本发明的调控方法的流程示意图。在本发明的一个实施例中，在阳极电极和吸收层界面之间引入隔离层的方法包括步骤：

s104：在真空条件下，对钼基底进行以下处理中的一种，得到复合钼电极：

通过溅射方式将隔离层的原料溅射沉积到钼基底上；或者

通过热蒸发方式将隔离层的原料蒸发沉积到钼基底上；或者

通过电子束蒸发方式将隔离层的原料蒸发沉积到钼基底上；

s105：在复合钼电极上形成吸收层。

本发明人发现，在使用物理气相沉积方式在钼基底上形成隔离层，尤其是前述的真空溅射、真空热蒸发和真空电子束蒸发，具有更均匀，更可控，重复性更高的优点。

在一些实施例中，采用溅射方式时，选择需制备隔离层的靶材(例如氧化硅靶材、氧化铝靶材、氮化钛靶材、氮化铝靶材、氮化硼靶材等等)，将清洗后的钼基底放入真空腔室，抽真空到1×10^-4pa以下，通入溅射气体，将隔离层原料通过真空溅射的方式溅射到钼基底上。

在一些实施例中，采用热蒸发方式时，选择需制备隔离层的材料(例如硫化钼粉末、硒化钼粉末等等)，将清洗后的钼基底放入真空腔室，抽真空到1×10^-4pa以下，将隔离层原料通过热蒸法的方式蒸到钼基底上。

在一些实施例中，采用电子束蒸发方式时，选择需制备隔离层的材料(例如硫化钼粉末、硒化钼粉末等等)，将清洗后的钼基底放入真空腔室，抽真空到1×10^-4pa以下，将隔离层原料通过电子束蒸发法蒸到钼基底上。

在一些实施例中，钼基底的获得包括步骤：

s102：使用金属钼箔作为钼基底，或者在钠钙玻璃上利用磁控溅射方法增加金属钼薄膜，得到钼基底。

在一些实施例中，在获得钼基底后，进行步骤s104之前，还包括步骤：

s103：清洗钼基底。

在一些实施例中，步骤s105在复合钼电极上形成吸收层包括：

在复合钼电极上形成铜锌锡硫(硒)前驱膜；

对铜锌锡硫(硒)前驱膜进行硫/硒化，实现在复合钼电极上形成吸收层。

铜锌锡硫(硒)前驱膜的制备可以采用多种方法，包括真空法、溶液法、电化学沉积法、纳晶法，可以采用旋涂方式、喷涂方式、喷墨打印方式、丝网印刷方式、物理气相沉积方式等等。

在一些实施例中，步骤s105在复合钼电极上形成吸收层包括以下步骤：

a将铜、锌、锡、硫、硒引入到溶剂中，得到铜锌锡硫(硒)前驱体溶液；引入方式可以是将铜、锌、锡、硫、硒这几种元素溶解或反应溶解来引入；

b将铜锌锡硫(硒)前驱体溶液复合到复合钼电极上，形成铜锌锡硫(硒)前驱膜；

c对铜锌锡硫(硒)前驱膜进行硫/硒化，实现引入吸收层；其中，将铜锌锡硫(硒)前驱膜在400℃-700℃温度范围、硫气氛/硒气氛中进行硫/硒化，形成吸收层。

在一个典型实施例中，铜锌锡硫(硒)前驱膜的制备具体包括步骤：在玻璃瓶中放入洁净聚四氟乙烯搅拌磁子；称取氧化亚锡粉末、氧化铜粉末和氧化锌粉放入瓶中；向其中加入乙二醇甲醚、乙醇胺、巯基乙酸；然后，将玻璃瓶放在60℃热台上搅拌，得到澄清的黄色前驱体溶液；之后，在氮气手套箱中，在复合钼电极上旋涂前驱体溶液。

将本发明的晶体调控方法应用到铜锌锡硫(硒)太阳能电池的制备中，包括以下步骤：

将铜、锌、锡、硫、硒引入到溶剂中，得到前驱体溶液；

在钠钙玻璃上利用磁控溅射方法增加金属钼薄膜，得到钼基底；

清洗钼基底；

在真空条件下，对钼基底进行以下处理中的一种，得到复合钼电极：通过溅射方式将隔离层的原料溅射沉积到钼基底上；或者通过热蒸发方式将隔离层的原料蒸发沉积到钼基底上；或者通过电子束蒸发方式将隔离层的原料蒸发沉积到钼基底上；

在复合钼电极上形成吸收层；

采用常规方法在吸收层上形成缓冲层、窗口层和栅电极，完成。

其中，缓冲层可以是硫化镉缓冲层，采用化学浴沉积法获得；窗口层可以是zno/ito薄膜，采用磁控溅射方法获得；栅电极可以是银电极，采用真空热蒸发法获得。

在一个典型实施例中，隔离层为氧化硅。图2是依照本发明的方法处理得到的铜锌锡硫(硒)太阳能电池的一个实施例的结构示意图，其中钼基底是在钠钙玻璃上利用磁控溅射方法增加金属钼薄膜。采用本发明的制备方法制得的铜锌锡硫(硒)太阳能电池包括从下往上依次设置的：钠钙玻璃、钼电极、氧化硅隔离层、铜锌锡硫(硒)吸收层、缓冲层、窗口层，以及位于顶部的栅电极。

在另一些典型实施例中，隔离层分别为氮化硅、氧化铝、硒化钼、硫化钼、氮化钛、氮化铝或氮化硼。实验结果表明，在钼电极和铜锌锡硫(硒)吸收层的背界面处引入前述几种隔离层均可以有效抑制铜锌锡硫(硒)吸收层的背面结晶。

在一个典型实施例中，铜锌锡硫(硒)太阳能电池的制备中，在清洗钼基底后，在真空条件下，通过溅射方式将氧化硅溅射沉积到钼基底上，得到复合钼电极，之后再将铜锌锡硫(硒)前驱体溶液复合到复合钼电极上，铜锌锡硫(硒)前驱膜的硫/硒化温度为550℃。而在对比例中，在清洗钼基底后，直接将铜锌锡硫(硒)前驱体溶液复合到常规的钼电极上。图3是对比例制备的常规铜锌锡硫(硒)太阳能电池的扫描电子显微镜图。图4是本发明制备的铜锌锡硫(硒)太阳能电池的扫描电子显微镜图。对比图3和图4，可以明显看出，图3的太阳能电池在钼电极和吸收层的背界面有晶体生长，形成多层结晶结构，而图4的太阳能电池在钼电极和吸收层的背界面没有晶体生长，吸收层具有更大晶粒、缺陷态和次生相更少、更致密的特点。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。