[发明专利]一种CZTS薄膜太阳能电池用无Cd隧穿缓冲层的制备方法

说明书

本发明提供一种CZTS薄膜太阳能电池用无Cd隧穿缓冲层的制备方法，包括以下步骤：首先，将CZTS薄膜置于真空条件下，采用Zn靶在CZTS薄膜上溅射形成种子层，得到样品A；其次，将样品A置于含有Zn源、S源以及络合剂的溶液I中进行化学浴沉积，得到样品B；最后，将样品B置于惰性气氛中进行退火处理，得到CZTS薄膜太阳能电池用无Cd隧穿缓冲层。本发明提供的制备方法能够实现对于CZTS薄膜的完全覆盖，避免由于覆盖不全而造成的短路现象。同时，该制备方法制备得到的无Cd缓冲层为超薄结构，能够更好的发挥隧穿效应，其与CZTS薄膜之间形成“倒刺型”的能带结构，减少载流子复合损失，进而提升CZTS薄膜太阳能电池的器件性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种CZTS薄膜太阳能电池用无Cd隧穿缓冲层的制备方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，其大规模使用是未来能源发展的必然趋势。其中，薄膜太阳能电池因其自身轻薄的特点，使其成为太阳能电池领域中的重要组成部分。铜锌锡硫(Cu₂ZnSnS₄，CZTS)薄膜太阳能电池器件目前转换效率达到10％以上，是极具应用潜力的一种薄膜太阳能电池。然而，由于CZTS薄膜太阳能电池的缓冲层通常为CdS，含有有毒的成分Cd存在一定的安全隐患，使其大规模的使用受到一定的限制。此外，CdS与CZTS之间形成的是落差型的能带匹配结构，该结构虽然利于电子由CZTS层向CdS层的传输，但是在界面处会造成极大的载流子复合损失，进而影响CZTS薄膜太阳能电池的器件性能。

基于此，如何构建一种无Cd的缓冲层，并确保CZTS薄膜太阳能电池的器件性能，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种CZTS薄膜太阳能电池用无Cd隧穿缓冲层的制备方法。

为实现上述目的，本发明的总体思路如下：考虑到CdS缓冲层与CZTS薄膜之间形成的能带匹配结构为“落差型”，在界面处会造成极大的载流子复合损失，进而影响CZTS薄膜太阳能电池的器件性能。本发明拟提供一种具有隧穿效应的无Cd缓冲层的制备方法，利用隧穿效应在不影响电子传输的前提下，提供“倒刺型”能带结构，以避免CdS缓冲层的使用带来的载流子复合损失，进而提升CZTS薄膜太阳能电池的器件性能。同时，该制备方法还需要克服以下几点问题：

其一，选取合适的金属和非金属原料，使制备的缓冲层与CZTS薄膜之间的能带结构满足倒刺型；

其二，制备的无Cd缓冲层需要对于CZTS薄膜完全覆盖，避免由于覆盖不完全而造成的短路现象；

其三，由于隧穿效应对于薄膜的厚度要求极其严格，要求制备的缓冲层必须为超薄结构(厚度在100nm以下)；

其四，无CdS隧穿缓冲层的制备过程不能影响底层CZTS薄膜的性能。

基于上述思路，本发明提供了一种CZTS薄膜太阳能电池用无Cd隧穿缓冲层的制备方法，包括以下步骤：

S1、将CZTS薄膜置于真空条件下，采用Zn靶在CZTS薄膜上溅射形成种子层，得到样品A；

S2、将样品A置于含有Zn源、S源以及络合剂的溶液I中进行化学浴沉积，得到样品B；

S3、将样品B置于惰性气氛中进行退火处理，得到CZTS薄膜太阳能电池用无Cd隧穿缓冲层。

其中，步骤S1，采用Zn靶在CZTS薄膜上进行溅射，其目的在于为后续薄膜生长提供所需的种子层，同时对底层的CZTS层进行覆盖；步骤S2，将步骤S1处理后的样品A置于含有Zn源、S源以及络合剂的溶液I中进行化学浴沉积，在Zn种子层表面生长非晶态的ZnS薄膜；步骤S3，对步骤S2处理后得到的样品B进行退火处理，能够将步骤S2生成的非晶态的ZnS薄膜进行晶化处理，以匹配太阳能电池器件性能的需要。