[发明专利]一种非晶碳CZTS‑Ag复合双层薄膜的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电薄膜材料这一技术领域，特别涉及到一种非晶碳CZTS-Ag复合双层薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

随着化石燃料等不可再生能源储量的减少，可持续清洁可再生能源，如太阳能、风能、生物能、潮汐能等受到了广泛的关注。尤其是太阳能，作为一种取之不尽，用之不竭，对环境无污染的新能源，成为了发展最快，最受瞩目的领域，是解决现今世界能源危机的有效手段。薄膜光伏电池因其可以大面积和柔性化制造而成为太阳能光伏转换和利用技术中非常有前景的发展方向之一。

目前市场上应用的太阳能电池仍以单晶硅/多晶硅电池为主,但薄膜太阳能电池被公认为未来太阳电池发展的主要方向,并已成为国际上研究最多的太阳能电池技术之一。这是因为薄膜太阳能电池有用料少、工艺简单、能耗低、成本低等突出优势。薄膜电池主要有以下几种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池、碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能 电池、铜锌锡硫（CZTS）薄膜太阳能电池等。其中，CdTe与CIGS薄膜太阳能电池目前已经商业化，其实验室转换效率分别达到16.7%、20.1%。但Cd属于有毒元素，对人体和环境有很大的危害，Te、In元素在地表的含量很少，分别为0.001、0.05ppm。因此，这两种薄膜太阳能电池无法满足人们日益增长的能源需求，其大规模生产受到了严重的阻碍。 Cu、Zn、Sn在地表的含量比较丰富，分别为25、71、5.5ppm，而且也是环境友好型元素。类似于CIGS，CZTS属于直接带隙半导体材料，对太阳光有很好的吸收效果，其理论转换效率达32.2%。目前，CZTS太阳能电池的实验室最高转换效率已达到9.66%。由此，CZTS太阳能电池是一种非常有前途的薄膜太阳能电池。

中国专利CN106298995A公开了一种银掺杂铜锌锡硫硒光吸收层薄膜材料，该薄膜材料通过以下方法制备得到：1）将0 .07～0 .13 mol/L金属铜盐和金属银盐加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解后，加入0 .03～0 .07 mol/L金属锡盐继续搅拌至溶解，然后加入0 .03～0.09 mol/L金属锌盐搅拌至完全溶解，最后加入2 mol/L的含硫化合物搅拌至完全溶解形成稳定的ACZTS前驱体溶液；2）将镀钼玻璃依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗干净；3）将前驱体溶液旋涂到镀钼的玻璃基底上，反复旋涂沉积；4）待旋涂完毕后将样品硒化处理。该发明通过Ag掺杂可改善薄膜的质量，有效提高器件的开路电压、填充因子及光电转换效率，实验可重复性和稳定性也比较好。然而，这一光电薄膜同样存在可利用光波波长有限的问题，给实际应用带来了诸多限制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供非晶碳CZTS-Ag复合双层薄膜的制备方法，该方法具体通过采用先制备CZTS-Ag前驱体溶液，再将CZTS-Ag前驱体溶液在导电基底上制备CZTS-Ag薄膜，最后通过低温等离子体增强化学气相沉积技术在带有CZTS-Ag层的导电基底上沉积非晶碳薄膜这一工艺，得到非晶碳CZTS-Ag复合双层薄膜材料。将这一薄膜材料应用于太阳能电池中，具有较高光电转化率，同时可利用光的波长范围大大扩展，具有实际应用价值。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种非晶碳CZTS-Ag复合双层薄膜的制备方法，由以下步骤组成：

（1）将0.2 mol/L的金属铜盐、0.15 mol/L金属银盐、0.2 mol/L金属锡盐和0.12 mol/L金属锌盐依次加入到适量三氯乙烯烯中，不断搅拌至完全溶解，再加入3 mol/L的含硫化合物，搅拌至全部溶解后形成均一稳定的CZTS-Ag前驱体溶液；

（2）将CZTS-Ag前驱体溶液在导电基底上制备CZTS-Ag薄膜，随后将CZTS-Ag薄膜在红外条件下加热至150℃，维持70 min后缓慢冷却至室温，得到带有CZTS-Ag层的导电基底；

（3）采用低温等离子体增强化学气相沉积技术在带有CZTS-Ag层的导电基底上沉积非晶碳薄膜，得到非晶碳CZTS-Ag复合双层薄膜材料。

特别地，所述步骤（2）中冷却速率不大于3℃/min。

特别地，所述步骤（3）中非晶碳薄膜的制备工艺参数优选为：射频功率：210～220 W，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：190～230℃，腔体压强：100～200 Pa，甲烷：45～55 sccm，镀膜时间：30～40分钟。

同时，本发明还公开了所述的非晶碳CZTS-Ag复合双层薄膜在太阳能电池中的应用。