[发明专利]一种铜锌锡硫太阳电池吸收层薄膜的制备方法

说明书

本发明提供一种铜锌锡硫太阳电池吸收层薄膜的制备方法，一种铜锌锡硫太阳电池吸收层薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1、ZnS致密层的制备；S2、铜锌锡硫薄膜的制备：在ZnS致密层上制备铜锌锡硫薄膜，将卤化铵作为添加剂加入到铜锌锡硫前驱体溶液中，然后涂覆于S1的ZnS致密层上，在150～250℃下加热退火0.5～2h，得到铜锌锡硫太阳电池吸收层薄膜。该方法通过在ZnS致密层上制备铜锌锡硫薄膜，再经退火处理，得到高致密性、高结晶度的薄膜；其中，添加了卤化铵起到辅助结晶的作用。

技术领域

本发明属于光电材料制备技术领域，具体涉及一种铜锌锡硫太阳电池吸收层薄膜的制备方法。

背景技术

铜锌锡硫(CZTS)是一种新型的直接带隙的光吸收层材料，其具有与铜铟镓硒(CIGSe)类似的晶体结构，也即具有很高的光吸收系数，只需很薄的厚度即可吸收大部分的太阳辐射。

目前，以CZTS为吸收层的薄膜太阳电池的最高转换效率为8.4％。而这与理论的光电转换效率(32％)还相差甚远。因此，需要对CZTS薄膜吸收层及电池组件的制备技术进行不断的改进，以提高光电转换效率。

目前CZTS薄膜吸收层的制备方法有：真空沉积技术，如溅射法、热蒸发法等；及非真空沉积技术，如电化学沉积法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法等。真空沉积技术的成本相对较高，采用的真空设备及控制技术均需要大量的资金投入，因而制约了其在薄膜太阳电池的发展。而非真空沉积技术则各自具有一些缺陷，例如，预制层或溶液中容易引入杂质，如Cl、C、O，这些杂质的引入容易降低器件的性能，且较难除去。

另外，CZTS薄膜中Cu、Zn、Sn、S四种元素的理论化学计量比为2:1:1:4，而目前在高温退火的优化工艺过程中，当温度超过400℃时，会引起Zn和Sn元素的损失，从而导致Cu/(Sn+Zn)的比例略微升高，这将不利于元素原子比例的控制，且会对吸收层薄膜的质量造成影响，进而影响器件的性能。

因此，有必要开发一种新的制备方法，既能降低制备成本，又能提高吸收层薄膜的质量。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种铜锌锡硫太阳电池吸收层薄膜的制备方法，该方法成本较低，反应条件温和，且能够提高吸收层薄膜的质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种铜锌锡硫太阳电池吸收层薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、ZnS致密层的制备：

在基板上制备ZnS致密层，将基板依次交替在锌源前驱体溶液、硫源前驱体溶液中浸泡30～50次，每次浸泡时间均为10～30s，每次浸泡之后均在水中超声辐照10～30s；重复上述操作30～50次，烧结，冷却至室温，得到ZnS致密层；

S2、铜锌锡硫薄膜的制备

在ZnS致密层上制备铜锌锡硫薄膜，将卤化铵作为添加剂加入到铜锌锡硫前驱体溶液中，然后涂覆于S1的ZnS致密层上，在150～250℃下加热退火0.5～2h，得到铜锌锡硫太阳电池吸收层薄膜。

进一步，S1中，所述锌源前驱体溶液是由锌盐中加入络合剂混合制备得到的，其中，锌盐与络合剂的摩尔比为1:1～3。

更进一步，所述锌盐为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌、醋酸锌中的任意一种；所述络合剂为乙二胺或三乙醇胺。

进一步，S1中，所述硫源前驱体溶液是由无机硫化物溶解在水中制备得到。

更进一步，所述无机硫化物为硫化钠、硫化钾、硫化铵中的任意一种。

进一步，S1中，锌离子与硫离子的摩尔比为1:1～2。

进一步，S2中，卤化铵在铜锌锡硫前驱体溶液中的浓度占比为5vol％～7vol％。