[发明专利]以CuInSe2薄膜为基体电沉积制备太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的方法。

背景技术

电沉积是一种比较简单和廉价的沉积技术，应用面极广，可以形成规模化生产。电沉积生长的薄膜虽然结晶质量比其他一些技术稍差，但它在所有沉积技术中的生产率是最高的，并且可以实现大面积沉积和在较复杂表面进行沉积。在半导体薄膜太阳能电池方面，电沉积可以通过生长工艺(如应用势能、pH值、电解温度等)来较容易地改变能带间隙和晶格参数等材料特性，从而在制备叠层薄膜太阳能电池上具有一定优势。现有在CuInSe₂薄膜上制备ZnS薄膜的方法大多是溅射法、蒸发法等，传统的铜铟硒薄膜太阳能电池缓冲层大多用的是CdS薄膜但由于CdS薄膜有毒，会对环境造成污染，同时由于CdS薄膜较低的禁带宽度值（2.42eV）会限制太阳能电池的短波响应，提高电池的短路电流及开路电压。目前主要是在pH≥7的碱性体系或中性体系电沉积制备ZnS薄膜，在碱性或中性体系中制备的ZnS薄膜透过率较低（50%~60%）。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法制备太阳能电池缓冲层ZnS薄膜透过率低的问题，而提供了以CuInSe₂薄膜为基体电沉积制备太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的方法。

本发明的以CuInSe₂薄膜为基体电沉积制备太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的方法是按照以下步骤进行的：

一、导电玻璃的前处理

对导电玻璃进行前处理，待用；

二、电沉积制备CuInSe₂薄膜

采用石墨作为阳极，以步骤一前处理后的导电玻璃作为工作电极，将阳极和工作电极放入CuInSe₂电沉积液中进行恒压电沉积，沉积后，取出工作电极，用蒸馏水清洗5~10次，并吹干后，即得CuInSe₂薄膜；

三、CuInSe₂薄膜的热处理

将步骤二得到的CuInSe₂薄膜在温度为300~400℃、N₂气保护的条件下，进行热处理30~40min；

四、电沉积制备ZnS薄膜

采用石墨作为阳极，以步骤三热处理后的CuInSe₂薄膜作为工作电极，将阳极和工作电极放入ZnS电沉积液中进行恒压电沉积，沉积后，取出工作电极用蒸馏水冲洗3~5次，并吹干后，即得ZnS薄膜；

五、ZnS薄膜的热处理

将步骤四得到的ZnS薄膜在温度为50~70℃、N₂气保护的条件下，进行热处理0.1~0.2h，随炉冷却至室温，即完成以CuInSe₂薄膜为基体电沉积制备太阳能电池缓冲层ZnS薄膜；

其中，步骤二中所述的CuInSe₂电沉积液是由1~1.5mmol/L的CuSO₄·5H₂O、4.5~5.0mmol/L的In₂(SO₄)₃、4~4.5mmol/L的SeO₂和0.1~0.3mol/L的柠檬酸钠组成，CuInSe₂电沉积液的pH值为2~3；

步骤二中所述的恒压电沉积条件为：电压为1.2~1.5V，沉积时间为50~70min；

步骤四中所述的ZnS电沉积液是由0.1~0.2mol/L的ZnSO₄、0.2~0.3mol/L的NaS₂O₃和0.1~0.2mol/L的柠檬酸钠组成，ZnS电沉积液的pH值为3~4，ZnS电沉积液的温度为50℃~60℃；

步骤四中所述的恒压电沉积条件为：电压为2~3V，电流密度为1~2mA/cm²，沉积时间为4~6min。

本发明包含以下有益效果：

本发明采用电沉积的方法在已制备的CuInSe₂薄膜上沉积太阳能电池缓冲层ZnS薄膜，重点考察电沉积中工艺条件对制备ZnS薄膜的影响，包括其电解液pH值、电流密度以及沉积时间对薄膜性能的影响，本发明以CuInSe₂薄膜为基体电沉积制备太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的透过率达到了80%~90%，为获得高效率、低成本的柔性衬底薄膜太阳能电池开辟新途径。