铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光伏技术，特别设及一种四元化合物铜锋锡硫薄膜型太阳能电池 W及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铜锋锡硫(简称CZTS)薄膜组成元素丰富，环境友好，光吸收系数高达IO4Cnfi,逐渐 成为太阳电池材料的研究热点。加之，其光学带隙可调(通过渗杂砸或错），晶体结构与电子 结构类似于铜铜嫁砸(记录效率21.6%)，使其有望成为高效率低成本的光伏技术。目前，各 种真空方法和溶液方法用来制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池。基于真空热蒸发和磁控瓣射技 术，铜锋锡硫薄膜太阳能电池记录效率分别为11.6%和9.7%;基于电沉积，溶胶凝胶和纳米 颗粒溶液技术，铜锋锡硫薄膜太阳能电池记录效率分别为8.0%，10.8%和12.7%。
[0003] 然而与结构类似的铜铜嫁砸太阳电池效率相比，其电池效率仍然较低，诸多因素 限制着其效率的提高。其中，光学损失与Mo背电极热不稳定性即是其中两大原因。光学损 失：当太阳光照射到铜锋锡硫薄膜太阳能电池器件表面，光需要经过表面金属栅极、透明导 电窗口层、阻挡层和缓冲层才能到达光吸收层，由于发生吸收或反射等现象，降低了光的强 度，进而降低了器件效率。銷(Mo)背电极热不稳定性:现有技术采用高溫硫化过程中铜锋锡 硫薄膜会与Mo发生反应，在铜锋锡硫薄膜与Mo的背界面形成中间相硫化物，影响了界面良 好的接触，降低了器件效率。此外，目前制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池常采用真空物理气相 沉积的方法制备铜锡氧化物(简称口0)或侣渗氧化锋(简称AZ0)导电窗口层，成本高，操作 困难，而且当面临大面积沉积和产业化时会受到严重地制约。
[0004] 溶液法沉积口0或AZO导电窗口层是一个比较理想的选择，成本低廉，可实现大面 沉积。并且溶液法沉积制备的ITO或AZO导电窗口层的光学性能和导电性能已经达到真空物 理气相沉积制备的口0或AZO导电窗口层。然而，目前溶液法沉积口 0或AZO导电窗口层都需 要高溫300°C到600°C退火，限制了其在铜锋锡硫薄膜太阳电池中的应用。因为铜锋锡硫薄 膜太阳电池 p-n结高于250°C退火时，缓冲层硫化儒中的儒原子会发生扩散，破坏p-n结界面 性能，进而降低器件性能。
【发明内容】
[0005] 鉴于W上问题，本发明提供一种背电极稳定性好，可实现双面透光且全溶液过程 制备的铜锋锡硫薄膜型太阳能电池，W及其制备方法。
[0006] 本发明提供一种铜锋锡硫薄膜太阳能电池，包括依次层叠的铜锡氧化物导电玻璃 背电极层、铜锋锡硫薄膜光吸收层、硫化儒缓冲层和侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透 明导电窗口层，所述侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口层为两层侣渗氧化锋 薄膜中间夹杂一层银线薄膜。
[0007] 进一步的，所述银线薄膜中的银线的长度为10~20皿，直径为50~80nm。
[000引本发明还提供一种制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池的方法，包括如下步骤： W铜锡氧化物(indi皿Tin Oxides，ITO)导电玻璃为电池背电极，在50~350°C的溫度 下，依次溶液沉积制备铜锋锡硫薄膜吸收层、硫化儒缓冲层及侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化 锋复合透明导电窗口层。
[0009] 本发明采用ITO导电玻璃替代Mo背电极，一方面避免了 Mo背电极与铜锋锡硫薄膜 化学热不稳定性问题(高溫硫化过程中铜锋锡硫薄膜会与Mo发生反应，在铜锋锡硫薄膜与 Mo的背界面形成中间相硫化物，影响了界面良好的接触，降低了器件效率），另一方面可W 从电池两面提高光的吸收能力，激发更多的光生载流子，进而提高吸收层的电学性能和电 池的器件效率。
[0010] 本发明采用全程低溫（^350°C)溶液法制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池，依次为低 溫溶胶法沉积铜锋锡硫薄膜吸收层，化学浴沉积硫化儒缓冲层，溶液法沉积侣渗氧化锋/银 线/侣渗氧化锋复合导电薄膜。特别是采用低溫溶液法制备侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋 复合透明导电窗口层替代真空方法沉积的口0/AZ0导电窗口层，沉积溫度低于200度，实现 了全溶液路线制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池，降低了铜锋锡硫薄膜太阳能电池的制造成 本，原材料环境友好，化学成分可控并且可实现大面积沉积和产业化。采用此方法所制备的 太阳能电池导电性能与光学性能良好。
【附图说明】
[0011] 图1是低溫全溶液过程制备双面型铜锋锡硫太阳能电池结构图； 图2是实施例1制备的铜锋锡硫薄膜表面形貌图； 图3是实施例1制备的铜锋锡硫薄膜截面图； 图4是实施例1制备的铜锋锡硫薄膜X射线衍射图； 图5是实施例1制备的铜锋锡硫薄膜拉曼光谱图； 图6是实施例1制备的硫化儒薄膜表面形貌图； 图7是实施例1制备的AZO/Ag线/AZO薄膜表面形貌图； 图8是实施例1制备的AZO/Ag线/AZO薄膜的透光率和吸收波长的曲线图； 图9是实施例1制备的铜锋锡硫太阳能电池结构图； 图10是实施例1制备的铜锋锡硫太阳能电池 I-V曲线图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明提供一种铜锋锡硫薄膜太阳能电池，包括依次层叠的铜锡氧化物导电玻璃 背电极层、铜锋锡硫薄膜光吸收层、硫化儒缓冲层和侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透 明导电窗口层，所述侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口层为两层侣渗氧化锋 薄膜中间夹杂一层银线薄膜。具体结构图如图1所示。
[0013] 本发明采用ITO导电玻璃替代Mo背电极，一方面避免了 Mo背电极与铜锋锡硫薄膜 化学热不稳定性问题(高溫硫化过程中铜锋锡硫薄膜会与Mo发生反应，在铜锋锡硫薄膜与 Mo的背界面形成中间相硫化物，影响了界面良好的接触，降低了器件效率），另一方面可W 从电池两面提高光的吸收能力，激发更多的光生载流子，进而提高吸收层的电学性能和电 池的器件效率。
[0014] 进一步的，所述银线薄膜中的银线的长度为10~20皿，直径为50~80nm。
[0015] 本发明加入银线，用于提高侣渗氧化锋的导电性能。同时本发明通过多次实验发 现，当银线具有一定的长径比时，所述侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口层 才具有良好的导电性能。其中所述一定的长径比为银线的长度为10~20WI1，直径为50~ 8化m。在此长径比下，所述银线在油墨中分散均匀，不会形成团聚结构，制备的银线薄膜厚 薄均匀，透光性好，导电性佳。
[0016] 进一步的，所述银线薄膜厚60~130nm。
[0017] 进一步的，所述银线薄膜中的银线之间呈交联网状结构，所述交联网状结构能够 加强银线薄膜的导电性能，进而加强侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口层的 导电性能。
[0018] 进一步的，所述银线涂布在第一层侣渗氧化锋薄膜上，并与第二层侣渗氧化锋薄 膜相互融合，第二层侣渗氧化锋薄膜将银线薄膜完全覆盖。所述侣渗氧化锋薄膜将银线薄 膜完全覆盖可避免银线的氧化和提高复合薄膜的导电性能。
[0019] 本发明还提供一种制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池的方法，包括如下步骤： W铜渗氧化锡导电玻璃为背电极，依次溶液法沉积制备铜锋锡硫薄膜吸收层、硫化儒 缓冲层及侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口层，所述侣渗氧化锋/银线/侣渗 氧化锋复合透明导电窗口层为两层侣渗氧化锋薄膜中间夹杂一层银线薄膜。
[0020] 本发明采用全程低溫（^350°C)溶液法制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池，依次为溶 胶法沉积铜锋锡硫薄膜吸收层，化学浴沉积硫化儒缓冲层，溶液法沉积侣渗氧化锋/银线/ 侣渗氧化锋复合导电薄膜。本发明实现了全溶液路线制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池，降低 了铜锋锡硫薄膜太阳能电池的制造成本，原材料环境友好，化学成分可控并且可实现大面 积沉积和产业化。
[0021] 1.溶胶法沉积铜锋锡硫薄膜吸收层 所述低溫溶胶沉积铜锋锡硫薄膜吸收层包括如下步骤： 将铜盐、锡盐、锋盐和含硫化合物溶解于有机溶剂中，制备出铜锋锡硫薄膜前驱体溶 液； 将铜锋锡硫前驱体溶胶沉积于铜锡氧化物导电玻璃上得到铜锋锡硫前驱体薄膜. 将铜锋锡硫前驱体薄膜回火处理得到铜锋锡硫薄膜。
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