一种大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件及其制备方法、应用

本发明属于薄膜太阳能电池，具体涉及到一种大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件及其制备方法、应用。

背景技术：

1、太阳能这一清洁可再生能源，具有不受自然和地理条件限制的优势，利用好太阳能电池是我国实现2030年前碳达峰，2060年前碳中和战略的重要立足点。太阳能电池可以将太阳能转换为电能，是一种利用太阳能的理想方式。最早的太阳电池是硅基太阳能电池，由新南威尔士大学的马丁格林研发，硅基太阳能电池的先发优势使其目前拥有了极高的市场占有率。但是硅基太阳能电池的弊端同样非常突出：材料使用量大、纯度要求高、工艺复杂和使用场景有限，这些弊端是目前硅基太阳能电池价格居高不下的主要原因。因此开发新型廉价的太阳能电池是实现国家逐步替代化石能源战略的重要依托和保障。另一方面目前已经商业化生产并有望取代硅基太阳能电池的铜铟镓硒(cigs)太阳能电池，价格依然相对昂贵。除此之外，铜铟镓硒太阳能电池中镓元素地壳储量不足，一旦进一步扩大产量，其市场价格必然大幅提高。因此源于铜铟镓硒太阳能电池，组成元素地壳储量丰富的铜锌锡硫(czts)太阳能电池一直是研究的重点，其研究热度正在不断加速提高。

2、铜锌锡硫太阳能电池的带隙为1.0ev，如果czts中的硫元素被同为ⅵ族的硒(se)代替，则其带隙可在1.0～1.5ev范围内调控。铜锌锡硫硒太阳能电池的可见光范围内光吸收系数>104，几个微米的厚度就足以充分利用太阳光。因此铜锌锡硫类太阳能电池最大的优势就在于其元素组成来源广、丰度高、毒害低，是一种理想的绿色光伏材料。

3、目前铜锌锡硫类太阳能电池的制备方法有溶液法和真空法两种，传统的真空法需要复杂的设备，生产成本高，不利于发挥铜锌锡硫类太阳能电池制造成本低的优势。并且其效率迟迟未能突破ibm公司12.6％的世界记录。而溶液法不需要复杂的生产设备和高度真空的生产环境。得益于溶液法特有的晶粒生长机制，通过ag元素掺杂、异质结热处理和四价锡的使用，目前铜锌锡硫类太阳能电池效率已经达到13％，并且该效率获得了美国可再生能源实验室的认证。铜锌锡硫类太阳能电池的效率可以逐步提高表明其具有商业化应用的潜质。

4、目前有关于铜锌锡硫类太阳能电池的研究主要是基于有效面积小于1cm2的太阳能电池，这类孤立的小面积太阳能电池是无法达到商业化太阳能电池的标准和要求的。要解决这个问题一方面需要做大单节太阳能电池的面积，另一方面需要合理的内部结构，以此将多节太阳能电池串联整合共同对外界输电。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件，其特征在于：所述电池组件分层设置，从下到上依次为：钠钙玻璃层、钼导电层、铜锌锡硫硒类吸收层、硫化镉缓冲层、高电阻窗口层、低电阻窗口层。

5、作为本发明所述的大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的一种优选方案，其中：高电阻窗口层为本征氧化锌，低电阻窗口层为掺铝氧化锌(azo)或铟锡氧化物(ito)。

6、作为本发明所述的大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的一种优选方案，其中：电池组件可以通过串联的方式构建电池组。

7、作为本发明所述的大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的一种优选方案，其中：电池组件各层中含有多道深浅不一的划刻。

8、本发明的另一个目的是提供一种大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的制备方法。

9、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

10、(1)在镀有钼的玻璃基底上进行划刻，按照设计的图案划分钼导电层；

11、(2)在步骤(1)所述的钼导电层上制备一层铜锌锡硫硒类吸收层；

12、(3)在步骤(2)所述的铜锌锡硫硒类吸收层上制备一层硫化镉缓冲层；

13、(4)在步骤(3)所述的硫化镉缓冲层上再制备一层本征氧化锌的窗口层；

14、(5)在步骤(4)得到的薄膜之上通过一定方法进行划线，按照设计的图案进行划线，将线划至钼，即切开本征氧化锌窗口层，硫化镉缓冲层，铜锌锡硫硒类吸收层，从而创建了一条可以在之后连接相邻铜锌锡硫硒太阳能电池的通道。

15、(6)在步骤(5)得到的薄膜之上制备一层azo或者ito的窗口层，如此相邻电池的顶电极和底电极链接通道被成功创建。

16、(7)在步骤(6)得到的薄膜之上按照一定方法进行划线，按照设计划分顶电极。此次划线按照不同的方法可以去除azo或者ito，也可将线划至钼(即去除azo或ito；i-zno；cds)。

17、(8)将(7)中制得的薄膜在区分电极后制得大面积铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池组件。·

18、作为本发明所述的大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的制备方法的一种优选方案，其中：包括以下步骤：所述铜锌锡硫硒类吸收层包括但不限于铜锌锡硫硒吸收层以及各类掺杂其它元素的吸收层以及不含硒的铜锌锡硫吸收层和掺杂其它元素后得到的各类吸收层以及不含硫的铜锌锡硒硫吸收层和掺杂其它元素后得到的各类吸收层。

19、作为本发明所述的大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的制备方法的一种优选方案，其中：划刻包括但不限于机械划线，激光划线以及光刻胶保护特定区域后使用各类刻蚀液刻蚀划线。

20、作为本发明所述的大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的制备方法的一种优选方案，其中：步骤(1)(5)(7)中划刻的顺序包括同时或者任一划刻程序在前、在中、在后的情况。

21、本发明的另一个目的是提供一种大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的应用。

22、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的应用，其包括：将制得的大面积铜锌锡硫硒薄膜电池组件用于制备太阳能电池。

23、作为本发明所述的大面积铜锌锡硫硒太阳能电池组件的应用的一种优选方案，其中：大面积铜锌锡硫硒薄膜电池可以通过串联的方式实现组件的面积的增大。

24、本发明有益效果：

25、1、本发明基于铜锌锡硫硒材料制备大面积太阳能电池，首次将铜锌锡硫硒应用于大面积太阳能电池的制备。

26、2、本发明首次采用溶液法制备了大面积铜锌锡硫硒太阳电池的吸收层。

27、3、本发明通过将太阳能电池模块化，能够按照将多节铜锌锡硫硒太阳能电池串联的方式，获得高效率的铜锌锡硫硒太阳能电池。

28、4、本发明首次将光刻胶保护后刻蚀液刻蚀的方法用于铜锌锡硫硒太阳能电池组件的划线中。