[发明专利]一种柔性CZTSSe薄膜太阳能电池内应力的改进方法及应用

说明书

本发明公开了一种柔性CZTSSe薄膜太阳能电池内应力的改进方法，在制备CZTSSe薄膜太阳能电池吸收层时，将Gasupgt;3+/supgt;异价掺杂进入吸收层中，形成CZTGSSe吸收层。本发明通过Gasupgt;3+/supgt;的异价掺杂，有效地减少了晶体内部的缺陷数，从而降低了电池的内应力，进一步提高了电池的空穴密度和开路电压，最终使得电池的光电转化效率有所提高；通过降低电池内应力的方法，还进一步提高了电池的机械强度，使得电池在承受一定程度的弯曲后，电池的效率不出现大幅度的降低，为其在工业和生活中弯曲环境下的应用打下了基础。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种柔性CZTSSe薄膜太阳能电池内应力的改进方法。

背景技术

作为新能源之一的太阳能，由于其储量大、无污染、分布范围广等特点，成为替代传统能源的一个最优选择之一。随着传统能源带来的温室效应、水污染、土壤污染等一系列污染的加剧，人们开始降低传统能源在日常和工业生产生活所占的比例。在新时代中国的双碳目标中要求2030年前二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和。这一切都表明太阳能等新能源拥有一个光明的未来，拥有巨大的发展潜力。

太阳能的利用主要是以光伏和光热为主，光伏是以太阳能电池为主。如今，太阳能电池的发展已由刚性衬底开始向柔性衬底发展，此举可以使得太阳能电池用于弯曲的物品上，能够拓展太阳能电池的应用范围。其中，柔性铜锌锡硫硒(Cu₂ZnSn(S,Se)₄,CZTSSe)薄膜太阳电池因具有组成元素丰富、无毒、光吸收系数高、光学带隙合适、理论光电转换效率高和稳定性好等优点，成为人们研究的焦点。

对于柔性铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的发展，CZTSSe吸收层存在的残余应力是其显著的问题之一，残余应力主要分为热应力和内应力。热应力是由于材料之间存在热膨胀系数差异，在后续的退火过程材料之间产生应力，导致电池出现开裂、脱落的情况，严重影响电池的性能，好在通过添加适当的热膨胀系数材料，可以做到有效控制热应力的产生。内应力是由于晶体内部存在着缺陷导致的如界面复合、空位、Sn_Zn和Cu_Zn反结构缺陷等。前期人们通过等价掺杂如Ag取代Cu、Cd取代Zn，有效的减少了晶体缺陷数，提高了电池的结晶质量和开路电压。然而人们对于异价掺杂的研究却不多见。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种柔性CZTSSe薄膜太阳能电池内应力的改进方法，具体地提出了Ga³⁺异价掺杂CZTSSe吸收层的方法，通过Ga部分取代Sn的方式来抑制晶体缺陷的产生，从而减小CZTSSe的内应力，最终提高电池的光电性能。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种柔性CZTSSe薄膜太阳能电池内应力的改进方法，在制备CZTSSe薄膜太阳能电池吸收层时，将Ga³⁺异价掺杂进入吸收层中，形成CZTGSSe吸收层。

其中，在利用溶液旋涂法制备CZTS前驱体溶液时，通过向溶液中添加GaCl₃的方式进行Ga³⁺的异价掺杂，添加的GaCl₃的浓度为0.1-0.42mol/L。优选地，GaCl₃的添加浓度为0.28mol/L。

本发明还提供了一种柔性CZTGSSe薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备CZTGS前驱体溶液：将GaCl₃、Cu(CH₃COO)₂·H₂O、Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、SnCl₂·2H₂O和CH₄N₂S溶于二甲基甲酰胺(DMF,AR)中得到前驱体溶液；