的电池导电性能与光学 性能良好，实现了全程低溫溶液法制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池。而且制备过程中不采用 昂贵的物理气相沉积设备，成本低廉，原材料环境友好。
[005引实施例 为让本发明的技术方案更明显易懂，特举较佳实施例，作详细说明，本发明的保护范围 不受W下实施例的限制。凡在本发明的精髓和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0化9]实施例1 (1) 将衬底ITO导电玻璃30X30 mm依次采用碱性清洗液、丙酬、异丙醇和高纯去离子 水超声清洗15分钟，氮气吹干，接着使用UV清洗机对衬底表面臭氧清洗10分钟，然后将其放 入真空干燥箱备用； (2) 铜锋锡硫吸收层制备:分别称量醋酸铜、醋酸锋、氯化锡和硫脈溶于乙二醇甲酸溶 剂，45°C反应30 min即可得到铜锋锡硫前驱体溶胶，铜锋锡硫前驱体溶胶中金属离子的浓 度比值为加/(化+511)=0.8,211/511=1.2，采用旋涂沉积的方法沉积铜锋锡硫前驱体溶胶于 ITO导电玻璃表面，得到铜锋锡硫前驱体薄膜。接着350°C氣气保护气氛中硫化回火处理60 min,即可得到铜锋锡硫薄膜吸收层。图2为铜锋锡硫薄膜的表面形貌图，薄膜表面有些裂 纹，晶粒大小为IOOnm左右。图3为铜锋锡硫薄膜的截面形貌图，薄膜厚度大概Iwii左右，白色 部分为ITO玻璃，厚度大概150nm。图4为铜锋锡硫薄膜的XRD实验结果，结果表明合成的铜锋 锡硫薄膜为KesterUe晶体结构，X畑衍射峰沿着（101)，（ 112)，（200)，（220)，（312)和(332) 晶面。图5为铜锋锡硫薄膜的Raman实验结果，进一步说明合成的铜锋锡硫薄膜为Kesterite 晶体结构，没有杂质相生成。
[0060] (3)硫化儒缓冲层制备:配制硫化儒溶液浓度0.15mol/L，硫脈溶液浓度0.75mol/ L分别量取硫化儒溶液和硫脈溶液20ml于250nm烧杯，再加入浓度25%~28%的氨水28ml，高 纯去离子水约135ml，使得Cd离子和S离子浓度为1:50,氨水调节水溶液抑为10~11;水浴沉 积溫度60~90°C，沉积6~1 Omin即可得到50~SOnm的硫化儒缓冲层。图6为沉积时间为 Smin的硫化儒表面形貌图，合成的硫化儒晶粒大小约为100~200nm，薄膜厚度为70nm。
[0061] (4)侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口层:将硝酸锋和乙酷丙酬溶 解于乙二醇甲酸溶剂中60°C反应24小时，得到侣渗氧化锋前驱体溶液;溶液法沉积侣渗氧 化锋前驱体溶液于硫化儒缓冲层上，200°C回火处理即可得到侣渗氧化锋薄膜，重复6次;溶 液法沉积银线油墨于侣渗氧化锋薄膜上，150°C处理1 min,UV处理2 min;接着重复溶液法 沉积侣渗氧化锋前驱体溶液于银线薄膜表面，150°C回火处理即可得到侣渗氧化锋薄膜，重 复8次;再次200度退火10 min即可得到侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口 层。
[0062] 图7为侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口层的表面形貌图，银线位 于侣渗氧化锋层里面，合成的侣渗氧化锋纳米颗粒大小为20~40nm。图8为侣渗氧化锋/银 线/侣渗氧化锋复合透明导电窗口层的透光率和吸收波长的曲线图，从图中可W看出在 450-1000nmW后，透光率可达到90%W上。从下表1也可W看出，侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化 锋薄膜与侣渗氧化锋薄膜、银线薄膜相比，透光率相差不大，但是表面电阻小很多。
[0063]表1为侣渗氧化锋/银线/侣渗氧化锋薄膜与侣渗氧化锋薄膜、银线透光率和表面 电阻比较
(5)按照上述步骤依次沉积即可得到双面的铜锋锡硫薄膜太阳能电池，电池结构为： glass/ITO/CZTS/CdS/AZO/AgNWs/AZO。图9为全溶液过程铜锋锡硫薄膜太阳电池器件截面 图。图10为全溶液过程铜锋锡硫薄膜太阳电池的IV曲线图，由图可知器件效率为0.023%，开 路电压为12〇111￥，短路电流密度为0.571114八1112，填充因子为33.7%。
【主权项】
1. 一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括依次层叠的铟锡氧化物导电玻璃背电极层、铜 锌锡硫薄膜光吸收层、硫化镉缓冲层和铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口 层，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹 杂一层银线薄膜。2. 如权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述银线薄膜中的银线 的长度为10~20μηι，直径为50~80nm〇3. 如权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述银线薄膜厚度为60 ~130nm〇4. 如权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述银线薄膜中的银线 之间呈交联网状结构。5. 如权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述银线涂布在第一层 铝掺氧化锌薄膜上，并与第二层铝掺氧化锌薄膜相互融合，第二层铝掺氧化锌薄膜将银线 薄膜完全覆盖。6. -种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池的方法，包括如下步骤： 以铟掺氧化锡导电玻璃为背电极，依次溶液法沉积制备铜锌锡硫薄膜吸收层、硫化镉 缓冲层及铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺 氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹杂一层银线薄膜。7. 如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备铜锌锡硫薄膜吸收层包括如下 步骤： 将铜盐、锡盐、锌盐和含硫化合物溶解于有机溶剂中，制备出铜锌锡硫前驱体溶胶； 将铜锌锡硫前驱体溶胶旋涂沉积于铟锡氧化物导电玻璃上，得到铜锌锡硫前驱体薄 膜； 将铜锌锡硫前驱体薄膜在300~350°C回火处理得到铜锌锡硫薄膜。8. 如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备硫化镉缓冲层包括如下步骤： 将镉盐和硫脲溶解于水中，加入氨水，制备出硫化镉前驱体溶液； 将硫化镉前驱体溶液在铜锌锡硫薄膜上60~90°C水浴沉积形成硫化镉缓冲层。9. 如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌 复合透明导电窗口层包括如下步骤： 将硝酸锌、铝盐和还原剂溶于有机溶剂中反应，制备得到铝掺氧化锌前驱体溶液； 溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体溶液于硫化镉缓冲层上，在150~200°C回火处理得到第 一层铝掺氧化锌薄膜； 将银线油墨涂布在第一层铝掺氧化锌薄膜上，在120~150°C回火处理得到银线薄膜； 重复溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体溶液于银线薄膜上，在150~200°C回火处理得到第 二层铝掺氧化锌薄膜。10. 如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述形成第一、第二层铝掺氧化锌薄膜 的步骤分别采用多次沉积的方法达成。11. 如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸锌、铝盐和还原剂化合物反应 过程中进行加热，所述加热温度为50~60°C，反应时间为20~24小时;所述制备得到第二层 铝掺氧化锌薄膜后在150~200°C回火处理10~15min。
【专利摘要】本发明提供一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括依次层叠的铟锡氧化物导电玻璃背电极层、铜锌锡硫薄膜光吸收层、硫化镉缓冲层和铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹杂一层银线薄膜。本发明采用铟锡氧化物导电玻璃替代Mo背电极，避免了Mo背电极与铜锌锡硫薄膜硫化过程中热不稳定的特性，同时可实现双面透光，提高了铜锌锡硫薄膜太阳能电池的器件效率。另外采用溶液法制备铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层代替真空方法沉积的ITO/AZO导电窗口层，降低了铜锌锡硫薄膜太阳能电池制造成本，而且对周围环境也十分友好。
【IPC分类】H01L31/18, H01L31/032, H01L31/0445
【公开号】CN105576053
【申请号】CN201610014462
【发明人】檀满林, 刘荣跃, 王晓伟, 李冬霜, 符冬菊, 张维丽, 马清, 陈建军
【申请人】深圳清华大学研究院
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月11日