[发明专利]金属电镀组合物和用于沉积适合于生产薄膜太阳能电池的铜-锌-锡的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铜-锌-锡合金、金属电镀组合物和用于沉积它的方法、制备夹层的方法以及包括铜-锌-锡合金作为p-型吸收层的薄膜太阳能电池。Cu_xZn_ySn_z合金层特别用作Cu₂ZnSnS₄(CZTS)合成的明确限定的化学计量的前体。 

背景技术

由于很多优点，CZTS是用于太阳能电池薄膜应用的有前途的半导体化合物材料。首先该材料的带隙E_G是1.4-1.5eV，并且其接近于光电应用的最佳值。该材料还具有高于10⁴cm^-1的高光吸收系数。此外，该材料的所有成分都是无毒元素并且在地球上是丰富的(H.Katagiri et al.，″Developmentof Thin Film Solar Cell Based on Cu₂ZnSnS₄ Thin Films″，Solar Energy Mat.&Solar Cells，65(2001)，141-148；H.Katagiri，″Cu₂ZnSnS₄ Thin Film SolarCells″，Thin Solid Films，480-481(2005)，426-432；K.Moriya et al.，″Characterization of Cu₂ZnSnS₄ Thin Films Prepared by Photo-ChemicalDeposition″，Jap.J.Appl.Phys.，44(1B)(2005)，715-717)。 

太阳能电池是具有将光能转化为电能特性的装置。已经开发了几种体系来使被截取并且转化为电的光的量最大，例如光学集中器或者多结电池，所述的电池由具有不同带隙(最高带隙在上面)的结构成。在最上面的结中部分没有被吸收的光将被位于下面的第二结吸收，并且此外没有被吸收的光将被位于第二结下面的其它结所吸收以此类推。 

常规的薄膜太阳能电池是在平的基底上堆积薄层构成的，所述薄层形成了结。为了阻截尽可能多的太阳光，特别是通过使用由薄栅格形成的前触点来使该结的可见表面最大。 

CZST薄膜是p-型的并且可以作为薄膜太阳能电池的吸收层(K.Moriya et al.，ibid.)。在文献中描述了各种用于沉积CZTS薄膜的方法。在1988年，K.lto等使用原子束溅射法在加热的玻璃基底上形成了具有(112)取向的四元黄锡矿型CZTS半导体膜。溅射靶是由合成的四元化合物粉末制备的。纯氩气被用作溅射气体(K.lto et al.，″Electrical and Optical Properties ofStannite-Type Quarternary Semiconductor Thin Films″，Jap.J.Appl.Phys.，27(11)(1988)，2094-2097)。 

后来他们通过使用喷雾电解技术继续他们的研究来合成CZTS薄膜(N.Nakayama et al.，″Sprayed Films of Stannite Cu₂ZnSnS₄″，Appl.Surf.Sci，92(1996)，171-175。 

J. 等以相同的方式应用喷雾电解沉积技术(J.Madarasz et al.，″Thermal Decomposition of Thiourea Complexes of Cu(I)，Zn(II)and Sn(II)Chlorides as Precursors for the Spray Pyrolysis Deposition of Sulfide ThinFilms″，Solid State Ionics，141-142(2001)，439-446)。 

通过分解来自于喷洒的电解液的硫脲生产的层与共沉积产生了基本上化学计量的组合物的金属氯化物并行。在这两个作业组中，在沉积之后进行退火步骤是必需的。