[发明专利]铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池及其前驱体溶液制备方法

说明书

本发明提供了一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池及其前驱体溶液制备方法，属于薄膜太阳能电池技术领域，其包括：惰性气氛中，在巯基乙酸水溶液中通入含有氨气的气体或加入碳酸铵盐，加热搅拌得到澄清水溶液；惰性气氛中，加入含有铜、锌和锡三种元素的氧化物或者盐，搅拌使其溶解，得到前驱体溶液。本发明提供的一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池及其前驱体溶液制备方法，能够获得高质量Cu₂ZnSnS_xSe_4‑x薄膜及高效率Cu₂ZnSnS_xSe_4‑x薄膜太阳能电池，具有工艺简单、环境友好、成本低廉的优点。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，特别是涉及一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池及其前驱体溶液制备方法。

背景技术

铜锌锡硫硒(Cu₂ZnSnS_xSe_4-x)是一种新型的薄膜太阳能电池吸光层材料。该材料具有光学带隙可调节(1.0eV～1.5eV),光吸收系数高(大于10⁴cm^-1)、稳定性好、组成元素储量丰富等优点，非常适用于发展高效、稳定、柔性、廉价的薄膜太阳能电池。

Cu₂ZnSnS_xSe_4-x薄膜的制备工艺一般可分为真空法和非真空法两类。非真空法所需设备相对简单，适于大规模工业生产。在非真空制备工艺中，常常需要将铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)和硫(S)四种元素按一定比例配制成前驱体溶液并通过旋涂、喷涂或者打印等方式在钼电极上制成含有四种元素的前驱体膜。最后，将Cu₂ZnSnS₄前驱体膜在富含硒(Se)的氮气(N₂)氛围中高温退火，使部分硫(S)元素被硒(Se)元素取代而获得Cu₂ZnSnS_xSe_4-x吸光层薄膜。前驱体溶液作为电池制备过程的起点，其性质对Cu₂ZnSnS_xSe_4-x吸光层薄膜质量、电池后续的制备过程乃至电池性能都有重大影响。

因此，开发工艺简单、环境友好、成本低廉的溶液对于发展高效Cu₂ZnSnS_xSe_4-x电池，促进其实际应用，具有重要意义。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供用于铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的前驱体溶液制备方法，具有工艺简单、环境友好、成本低廉的优点。

本发明的另一个目的是，提供一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，基于上述前驱体溶液制备获得高质量Cu₂ZnSnS_xSe_4-x薄膜及高效率Cu₂ZnSnS_xSe_4-x薄膜太阳能电池。

特别地，本发明提供了一种用于铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的前驱体溶液制备方法，包括以下步骤：

S1，在惰性气氛中用巯基乙酸水溶液与含有氨气的气体或加入碳酸铵盐，加热搅拌得到澄清水溶液；

S2，在惰性气氛中加入含有铜、锌和锡三种元素的氧化物或者盐，加热搅拌使其溶解，得到前驱体溶液。

可选地，S1中，所述含有氨气的气体包括纯氨气或氨气混合气体。

可选地，S1中，所述氨气混合气体为氨气与惰性气体的混合气体；所述惰性气体包括氮气或氩气。

可选地，S1中，所述氨气混合气体中氨气的体积百分比为0～100％，优选地，体积百分比范围是40％～60％。