[发明专利]一种柔性铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池器件制备技术领域，具体地讲，涉及的是一种柔性铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

铜铟镓硒（CuIn_xGa_1-xSe₂）薄膜太阳能电池具有转换效率高、长期稳定性好、抗辐射能力强、实验室光电转换效率超过20%等优点，被认为是最具发展前景的薄膜太阳电池之一。随着多家公司相继提出并逐步实现CuIn_xGa_1-xSe₂太阳能电池的大规模产业化，CuIn_xGa_1-xSe₂太阳能电池的发展已经迈上了一个新的台阶，目前其大面积组件的效率已超过15%，全球年产能超过1GW。

然而，CuIn_xGa_1-xSe₂吸收层中的In、Ga、Se为稀有元素且有一定的毒性，严重制约了CuIn_xGa_1-xSe₂薄膜电池的产业化发展。寻找价格低廉且更加环保的代替材料成为近年来本领域技术人员重点研究的课题。

同为黄铜矿结构的半导体化合物铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄）被认为是最有可能成为取代CuIn_xGa_1-xSe₂吸收层的材料。Cu₂ZnSnS₄ 是p型半导体，光学带隙1.5eV，光吸收系数高达10⁴cm^-1，适合作为薄膜太阳能电池的吸收层。和In、Ga、Se相比，Zn、Sn和S的储量丰富、价格低廉、毒性低且环保。

发明内容

为克服现有技术存在的稀有元素使用量大、有污染且成本较高的问题，本发明提供一种稀有元素较少且绿色环保的柔性铜锌锡硫薄膜太阳能电池。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种柔性铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括柔性衬底，以及在柔性衬底上由下至上逐层沉积而成的Mo背电极层、Cu₂ZnSnS₄光吸收层、CdS缓冲层、AZO/i-ZnO窗口层、MgF₂减反层和Ni-Al栅电极。

其中，所述柔性衬底为聚亚酰胺薄膜、不锈钢薄板、Ni薄膜中的一种。

具体地，所述Mo背电极层由上下层叠设置的高阻尼层和低阻尼层组成。

进一步地，所述高阻尼层的厚度为100±5 nm，低阻尼层的厚度为500±25 nm。

更具体地，所述AZO/i-ZnO窗口层由上下层叠设置的本征ZnO阻挡层和掺铝ZnO导电层组成。

进一步地，所述本征ZnO阻挡层的厚度为50±3 nm，掺铝ZnO导电层的厚度为400±20 nm。

作为优选，所述Cu₂ZnSnS₄光吸收层的厚度为2±0.1μm，所述CdS缓冲层的厚度为80±4nm，所述MgF₂减反层的厚度为100±5μm，所述Ni-Al栅电极的厚度为1.2±0.06μm。

基于上述构造，本发明还提供了该柔性铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

（1）选用相应的柔性衬底，经超声清洗后由氮气吹干；

（2）采用直流溅射工艺在柔性衬底上沉积Mo背电极层；

（3）采用共蒸发法在Mo背电极层上沉积一层厚度为2±0.1μm的 Cu₂ZnSnS₄薄膜，作为光吸收层；

（4）通过化学水浴法在Cu₂ZnSnS₄光吸收层上沉积一层厚度为80±4nm 的CdS薄膜，作为缓冲层；

（5）采用溅射法在CdS缓冲层上沉积AZO/i-ZnO窗口层；

（6）采用蒸发法在AZO/i-ZnO窗口层上先后沉积厚度为100±5μm 的MgF₂减反层和厚度为1.2±0.06μm 的Ni-Al栅电极，制成柔性铜锌锡硫薄膜太阳能电池。