铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法
阅读：1024发布：2020-09-29
专利汇可以提供铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 铜 锌 锡 硫 薄膜 太阳能 电池 ，包括依次层叠的铟锡 氧 化物导电玻璃背 电极 层、铜锌锡硫薄膜光吸收层、硫化镉 缓冲层 和 铝 掺氧化锌/ 银 线/铝掺氧化锌复合透明导电 窗口层 ，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹杂一层银线薄膜。本发明采用铟锡氧化物导电玻璃替代Mo背电极，避免了Mo背电极与铜锌锡硫薄膜硫化过程中热不稳定的特性，同时可实现双面透光，提高了铜锌锡硫薄膜 太阳能电池 的器件效率。另外采用溶液法制备铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层代替 真空 方法沉积的ITO/AZO导电窗口层，降低了铜锌锡硫 薄膜太阳能电池 制造成本，而且对周围环境也十分友好。，下面是铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括依次层叠的铟锡氧化物导电玻璃背电极层、铜锌锡硫薄膜光吸收层、硫化镉缓冲层和铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹杂一层银线薄膜。
2.如权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述银线薄膜中的银线的长度为10～20μm，直径为50～80nm。
3.如权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述银线薄膜厚度为60～130nm。
4.如权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述银线薄膜中的银线之间呈交联网状结构。
5.如权利要求1所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，其特征在于，所述银线涂布在第一层铝掺氧化锌薄膜上，并与第二层铝掺氧化锌薄膜相互融合，第二层铝掺氧化锌薄膜将银线薄膜完全覆盖。
6.一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池的方法，包括如下步骤：
以铟掺氧化锡导电玻璃为背电极，依次溶液法沉积制备铜锌锡硫薄膜吸收层、硫化镉缓冲层及铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹杂一层银线薄膜。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备铜锌锡硫薄膜吸收层包括如下步骤：
将铜盐、锡盐、锌盐和含硫化合物溶解于有机溶剂中，制备出铜锌锡硫前驱体溶胶；
将铜锌锡硫前驱体溶胶旋涂沉积于铟锡氧化物导电玻璃上，得到铜锌锡硫前驱体薄膜；
将铜锌锡硫前驱体薄膜在300～350℃回火处理得到铜锌锡硫薄膜。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备硫化镉缓冲层包括如下步骤：
将镉盐和硫脲溶解于水中，加入氨水，制备出硫化镉前驱体溶液；
将硫化镉前驱体溶液在铜锌锡硫薄膜上60～90℃水浴沉积形成硫化镉缓冲层。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层包括如下步骤：
将硝酸锌、铝盐和还原剂溶于有机溶剂中反应，制备得到铝掺氧化锌前驱体溶液；
溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体溶液于硫化镉缓冲层上，在150～200℃回火处理得到第一层铝掺氧化锌薄膜；
将银线油墨涂布在第一层铝掺氧化锌薄膜上，在120～150℃回火处理得到银线薄膜；
重复溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体溶液于银线薄膜上，在150～200℃回火处理得到第二层铝掺氧化锌薄膜。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述形成第一、第二层铝掺氧化锌薄膜的步骤分别采用多次沉积的方法达成。
11.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸锌、铝盐和还原剂化合物反应过程中进行加热，所述加热温度为50～60℃，反应时间为20～24小时；所述制备得到第二层铝掺氧化锌薄膜后在150～200℃回火处理10～15min。
铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 铜锌锡硫（简称CZTS）薄膜组成元素丰富，环境友好，光吸收系数高达104cm-1，逐渐成为太阳电池材料的研究热点。加之，其光学带隙可调（通过掺杂硒或锗），晶体结构与电子结构类似于铜铟镓硒（记录效率21.6%），使其有望成为高效率低成本的光伏技术。目前，各种真空方法和溶液方法用来制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池。基于真空热蒸发和磁控溅射技术，铜锌锡硫薄膜太阳能电池记录效率分别为11.6%和9.7%；基于电沉积，溶胶凝胶和纳米颗粒溶液技术，铜锌锡硫薄膜太阳能电池记录效率分别为8.0%，10.8%和12.7%。
[0003] 然而与结构类似的铜铟镓硒太阳电池效率相比，其电池效率仍然较低，诸多因素限制着其效率的提高。其中,光学损失与Mo背电极热不稳定性即是其中两大原因。光学损失：当太阳光照射到铜锌锡硫薄膜太阳能电池器件表面，光需要经过表面金属栅极、透明导电窗口层、阻挡层和缓冲层才能到达光吸收层，由于发生吸收或反射等现象，降低了光的强度，进而降低了器件效率。鉬（Mo）背电极热不稳定性：现有技术采用高温硫化过程中铜锌锡硫薄膜会与Mo发生反应，在铜锌锡硫薄膜与Mo的背界面形成中间相硫化物，影响了界面良好的接触，降低了器件效率。此外，目前制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池常采用真空物理气相沉积的方法制备铟锡氧化物（简称ITO）或铝掺氧化锌（简称AZO）导电窗口层，成本高，操作困难，而且当面临大面积沉积和产业化时会受到严重地制约。
[0004] 溶液法沉积ITO或AZO导电窗口层是一个比较理想的选择，成本低廉，可实现大面沉积。并且溶液法沉积制备的ITO或AZO导电窗口层的光学性能和导电性能已经达到真空物理气相沉积制备的ITO或AZO导电窗口层。然而，目前溶液法沉积ITO或AZO导电窗口层都需要高温300℃到600℃退火，限制了其在铜锌锡硫薄膜太阳电池中的应用。因为铜锌锡硫薄膜太阳电池p-n结高于250℃退火时，缓冲层硫化镉中的镉原子会发生扩散，破坏p-n结界面性能，进而降低器件性能。
发明内容
[0005] 鉴于以上问题，本发明提供一种背电极稳定性好，可实现双面透光且全溶液过程制备的铜锌锡硫薄膜型太阳能电池，以及其制备方法。
[0006] 本发明提供一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括依次层叠的铟锡氧化物导电玻璃背电极层、铜锌锡硫薄膜光吸收层、硫化镉缓冲层和铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹杂一层银线薄膜。
[0007] 进一步的，所述银线薄膜中的银线的长度为10～20μm，直径为50～80nm。
[0008] 本发明还提供一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池的方法，包括如下步骤：以铟锡氧化物（indium Tin Oxides，ITO）导电玻璃为电池背电极，在50～350℃的温度下，依次溶液沉积制备铜锌锡硫薄膜吸收层、硫化镉缓冲层及铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层。
[0009] 本发明采用ITO导电玻璃替代Mo背电极，一方面避免了Mo背电极与铜锌锡硫薄膜化学热不稳定性问题（高温硫化过程中铜锌锡硫薄膜会与Mo发生反应，在铜锌锡硫薄膜与Mo的背界面形成中间相硫化物，影响了界面良好的接触，降低了器件效率），另一方面可以从电池两面提高光的吸收能力，激发更多的光生载流子，进而提高吸收层的电学性能和电池的器件效率。
[0010] 本发明采用全程低温（≦350℃）溶液法制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池，依次为低温溶胶法沉积铜锌锡硫薄膜吸收层，化学浴沉积硫化镉缓冲层，溶液法沉积铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合导电薄膜。特别是采用低温溶液法制备铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层替代真空方法沉积的ITO/AZO导电窗口层，沉积温度低于200度，实现了全溶液路线制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池，降低了铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制造成本，原材料环境友好，化学成分可控并且可实现大面积沉积和产业化。采用此方法所制备的太阳能电池导电性能与光学性能良好。附图说明
[0011] 图1是低温全溶液过程制备双面型铜锌锡硫太阳能电池结构图；图2是实施例1制备的铜锌锡硫薄膜表面形貌图；
图3是实施例1制备的铜锌锡硫薄膜截面图；
图4是实施例1制备的铜锌锡硫薄膜X射线衍射图；
图5是实施例1制备的铜锌锡硫薄膜拉曼光谱图；
图6是实施例1制备的硫化镉薄膜表面形貌图；
图7是实施例1制备的AZO/Ag线/AZO薄膜表面形貌图；
图8是实施例1制备的AZO/Ag线/AZO薄膜的透光率和吸收波长的曲线图；
图9是实施例1制备的铜锌锡硫太阳能电池结构图；
图10是实施例1制备的铜锌锡硫太阳能电池I-V曲线图。
图3是实施例1制备的铜锌锡硫薄膜截面图；
图4是实施例1制备的铜锌锡硫薄膜X射线衍射图；
图5是实施例1制备的铜锌锡硫薄膜拉曼光谱图；
图6是实施例1制备的硫化镉薄膜表面形貌图；
图7是实施例1制备的AZO/Ag线/AZO薄膜表面形貌图；
图8是实施例1制备的AZO/Ag线/AZO薄膜的透光率和吸收波长的曲线图；
图9是实施例1制备的铜锌锡硫太阳能电池结构图；
图10是实施例1制备的铜锌锡硫太阳能电池I-V曲线图。
具体实施方式
[0012] 本发明提供一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括依次层叠的铟锡氧化物导电玻璃背电极层、铜锌锡硫薄膜光吸收层、硫化镉缓冲层和铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹杂一层银线薄膜。具体结构图如图1所示。
[0013] 本发明采用ITO导电玻璃替代Mo背电极，一方面避免了Mo背电极与铜锌锡硫薄膜化学热不稳定性问题（高温硫化过程中铜锌锡硫薄膜会与Mo发生反应，在铜锌锡硫薄膜与Mo的背界面形成中间相硫化物，影响了界面良好的接触，降低了器件效率），另一方面可以从电池两面提高光的吸收能力，激发更多的光生载流子，进而提高吸收层的电学性能和电池的器件效率。
[0014] 进一步的，所述银线薄膜中的银线的长度为10～20μm，直径为50～80nm。
[0015] 本发明加入银线，用于提高铝掺氧化锌的导电性能。同时本发明通过多次实验发现，当银线具有一定的长径比时，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层才具有良好的导电性能。其中所述一定的长径比为银线的长度为10～20μm，直径为50～80nm。在此长径比下，所述银线在油墨中分散均匀，不会形成团聚结构，制备的银线薄膜厚薄均匀，透光性好，导电性佳。
[0016] 进一步的，所述银线薄膜厚60～130nm。
[0017] 进一步的，所述银线薄膜中的银线之间呈交联网状结构，所述交联网状结构能够加强银线薄膜的导电性能，进而加强铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层的导电性能。
[0018] 进一步的，所述银线涂布在第一层铝掺氧化锌薄膜上，并与第二层铝掺氧化锌薄膜相互融合，第二层铝掺氧化锌薄膜将银线薄膜完全覆盖。所述铝掺氧化锌薄膜将银线薄膜完全覆盖可避免银线的氧化和提高复合薄膜的导电性能。
[0019] 本发明还提供一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池的方法，包括如下步骤：以铟掺氧化锡导电玻璃为背电极，依次溶液法沉积制备铜锌锡硫薄膜吸收层、硫化镉缓冲层及铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层，所述铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层为两层铝掺氧化锌薄膜中间夹杂一层银线薄膜。
[0020] 本发明采用全程低温（≦350℃）溶液法制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池，依次为溶胶法沉积铜锌锡硫薄膜吸收层，化学浴沉积硫化镉缓冲层，溶液法沉积铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合导电薄膜。本发明实现了全溶液路线制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池，降低了铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制造成本，原材料环境友好，化学成分可控并且可实现大面积沉积和产业化。
[0021] 1. 溶胶法沉积铜锌锡硫薄膜吸收层所述低温溶胶沉积铜锌锡硫薄膜吸收层包括如下步骤：
将铜盐、锡盐、锌盐和含硫化合物溶解于有机溶剂中，制备出铜锌锡硫薄膜前驱体溶液；
将铜锌锡硫前驱体溶胶沉积于铟锡氧化物导电玻璃上得到铜锌锡硫前驱体薄膜；
将铜锌锡硫前驱体薄膜回火处理得到铜锌锡硫薄膜。
将铜盐、锡盐、锌盐和含硫化合物溶解于有机溶剂中，制备出铜锌锡硫薄膜前驱体溶液；
将铜锌锡硫前驱体溶胶沉积于铟锡氧化物导电玻璃上得到铜锌锡硫前驱体薄膜；
将铜锌锡硫前驱体薄膜回火处理得到铜锌锡硫薄膜。
[0022] 所述铜盐、锡盐、锌盐包括但不限于醋酸盐和氯化盐的至少一种。
[0023] 所述含硫化合物包括但不限于硫脲、硫粉、硫代乙酰胺和烷基硫醇的至少一种。
[0025] 所述制备的铜锌锡硫前驱体溶胶中，铜的浓度为0.1～0.5 mol/L,锌的浓度为0.1～0.5mol/L, 锡的浓度为0.1～0.5 mol/L,含硫化合物的浓度为金属盐的总浓度的2倍。所述铜锌锡硫前驱体溶胶中各金属的摩尔浓度比值为Cu/Zn+Sn=0.8～1.2，Zn/Sn=1.0～1.2。
[0026] 本领域人员可以理解的，将铜盐、锡盐、锌盐和含硫化合物溶解于有机溶剂的过程中，还可以进行加热搅拌，加热温度为40～50℃。优选为45℃。反应时间为30～60 min。
[0027] 所述沉积得到铜锌锡硫前驱体薄膜，优选采用旋涂方法沉积。
[0028] 进一步的，所述制备铜锌锡硫薄膜沉积时，旋涂沉积一次完毕后，立即回火处理，所述回火温度为250～300℃，回火时间为2～5 min。再继续旋涂沉积，直至铜锌锡硫薄膜制备完成。
[0029] 所述回火为将前驱体薄膜放置到加热台直接加热，再冷却到室温的工艺，用于除薄膜层中含有的有机溶剂，提高薄膜层的结晶度。
[0030] 所述铜锌锡硫薄膜制备完成后，还可以再回火处理一次，再次除去残余的有机溶剂，处理温度为300～350℃，回火时间为30～60 min。优选为350℃。
[0031] 所述制备的铜锌锡硫薄膜吸收层厚度为0.9～1μm。
[0032] 本发明采用溶胶法沉积铜锌锡硫薄膜前驱体，低温≦350℃硫化退火制备铜锌锡硫薄膜。避免现有技术中采用高温硫化方法，一方面使得铜锌锡硫薄膜吸收层和ITO背电极高温硫化因热膨胀系数大而导致CZTS薄膜在ITO背电极上容易脱落，另一方面ITO背电极高温硫化过程中，导电性会急剧的下降，降低器件性能。
[0033] 本发明通过多次试验发现在制备铜锌锡硫薄膜过程中多次回火，回火温度在250～300℃之间较为合适，若温度低于250℃，所制备的铜锌锡硫薄膜吸收层因碳含量过高，而导致铜锌锡硫薄膜在ITO背电极上容易脱落。若温度高于300℃，就会因为CZTS吸收层和ITO背电极因热膨胀系数大也会使得CZTS薄膜在ITO背电极上容易脱落。因此250～300℃是一个合适的温度，在此温度下回火处理的铜锌锡硫薄膜吸收层非常稳定，从而制备的电极稳定性好。
[0034] 进一步的，所述铜锌锡硫薄膜吸收层的制备之前还包括背电极的清洗，所述清洗包括如下步骤：将ITO导电玻璃依次采用碱性洗涤剂、丙酮、乙醇和水超声清洗10min，氮气吹干，然后用紫外臭氧清洗机清洗10min即可。
[0035] 所述碱性洗涤剂包括但不限于肥皂、玻璃洗涤剂等。
[0036] 2. 化学浴沉积制备硫化镉缓冲层所述溶液沉积制备硫化镉缓冲层包括如下步骤制备：
将镉盐和硫脲溶解于水中，加入氨水，制备出硫化镉前驱体溶液；
将硫化镉前驱体溶液在铜锌锡硫薄膜上60～90℃水浴沉积形成硫化镉缓冲层。
将镉盐和硫脲溶解于水中，加入氨水，制备出硫化镉前驱体溶液；
将硫化镉前驱体溶液在铜锌锡硫薄膜上60～90℃水浴沉积形成硫化镉缓冲层。
[0037] 所述镉盐包括但不限于硫酸盐、醋酸盐和氯化盐的至少一种。
[0038] 所述氨水调节溶液的pH后，所述pH为10～11。
[0039] 所述镉盐和硫脲溶解于水中后，所述溶液中镉的浓度为0.01～0.1mol/L，硫的浓度为1.0～2.0 mol/L，金属离子的浓度与硫脲浓度的比值为Cd/S=1:50。氨水的质量百分比浓度为25%～28%。
[0040] 所述水浴沉积温度为60～90℃，沉积6～10min。
[0041] 进一步的，所述水浴沉积形成硫化镉缓冲层还可以作回火处理，回火温度为150～200℃，回火时间为5min。
[0042] 所述沉积后硫化镉缓冲层厚度为50～80nm。
[0043] 3.低温溶液法制备铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层所述制备铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层包括如下步骤：
将硝酸锌、铝盐和还原剂溶于有机溶剂中反应，制备得到铝掺氧化锌前驱体溶液；
溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体驱体溶液于硫化镉缓冲层上，在150～200℃回火处理得到第一层铝掺氧化锌薄膜；
将银线油墨涂布在第一层铝掺氧化锌薄膜上，在120～150℃回火处理得到银线薄膜；
重复溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体溶液于银线薄膜上，在150～200℃回火处理得到第二层铝掺氧化锌薄膜。
将硝酸锌、铝盐和还原剂溶于有机溶剂中反应，制备得到铝掺氧化锌前驱体溶液；
溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体驱体溶液于硫化镉缓冲层上，在150～200℃回火处理得到第一层铝掺氧化锌薄膜；
将银线油墨涂布在第一层铝掺氧化锌薄膜上，在120～150℃回火处理得到银线薄膜；
重复溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体溶液于银线薄膜上，在150～200℃回火处理得到第二层铝掺氧化锌薄膜。
[0044] 本发明采用铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合薄膜导电窗口层替代真空方法沉积的ITO或AZO薄膜导电窗口层，沉积温度低于200度，所制备的铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合薄膜导电窗口层的导电性能与光学性能良好。其原理为：本发明采用硝酸盐和还原剂化合物反应，通过硝酸盐与还原剂化合物发生反应产生大量的能量，使硝酸锌盐还原直接生成氧化锌，进一步和铝盐生成铝掺氧化锌。此方法不需要外界提供大量的能量，可实现低温（≦200℃）制备氧化锌，避免了传统溶液法高温300℃到600℃回火处理。
[0045] 反应过程如下：（1）乙酰丙酮锌（Zn(C5H7O2)2)作为还原剂：
（2）乙酰丙酮（C5H8O2)作为还原剂：
（3）尿素（CO(NH2)2)作为还原剂：
此方法制备的铝掺氧化锌薄膜可应用于铜锌锡硫薄膜太阳能电池制备，满足了器件退火温度不超过250℃的要求。
（2）乙酰丙酮（C5H8O2)作为还原剂：
（3）尿素（CO(NH2)2)作为还原剂：
此方法制备的铝掺氧化锌薄膜可应用于铜锌锡硫薄膜太阳能电池制备，满足了器件退火温度不超过250℃的要求。
[0046] 所述有机溶剂包括但不限于乙二醇甲醚、乙醇和水的至少一种。
[0047] 所述还原剂化合物包括但不限于乙酰丙酮锌、乙酰丙酮和尿素的至少一种。
[0048] 所述硝酸锌和还原剂化合物溶于有机溶剂后的浓度均为0.1～0.2mol/L, 各金属的摩尔浓度比值为Al/Zn=1%～3%，优选为2%。
[0049] 所述硝酸锌、铝盐和还原剂化合物反应过程中还可以加热，所述加热温度为50～60℃，反应时间为20～24小时。
[0050] 所述溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体薄膜后作回火处理，回火处理温度为150～200℃，回火处理10～15min。
[0051] 所述银线的制备方法包括如下步骤：将银盐，溴化钾和聚乙烯基吡咯烷酮（简称PVP）溶于有机溶剂，惰性气体保护条件下170℃反应，即可制备出银线。
[0052] 进一步的，将银线溶解在低沸点低碳含量的有机溶剂中，形成银线油墨，经过涂布在铝掺氧化锌前驱体薄膜上。所述溶解后的银线在有机溶剂中的浓度为0.2～1.0mL/g。
[0053] 所述低沸点低碳含量的有机溶剂，为沸点较低的1～4碳的有机溶剂，低碳含量有利于银线和铝掺氧化锌的溶合，而低沸点容易挥发去除。
[0054] 所述银线油墨旋涂还可以作回火处理，回火温度为120～150℃，优选为150℃，反应时间为30～60s。
[0055] 进一步的，所述形成第一、第二层铝掺氧化锌薄膜的步骤分别采用多次沉积的方法达成。例如，可先将第一层铝掺氧化锌薄膜多次沉积，优选为沉积6～8层，然后涂布一层银线，再将铝掺氧化锌薄膜沉积6～8层。本发明将第一、第二层铝掺氧化锌薄膜的步骤分别采用多次沉积的方法可以有效的将银线覆盖，避免银线氧化，并使银线相互连接，增强其导电性能。
[0056] 所述制备的银线薄膜厚度为60～130nm，所述第一层铝掺氧化锌薄膜厚度为80～100nm，第二层铝掺氧化锌薄膜厚度为120～150nm。
[0057] 本发明采用低温溶液法制备铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层替代真空方法沉积的ITO和AZO导电薄膜，沉积温度低于200度，制备的电池导电性能与光学性能良好，实现了全程低温溶液法制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池。而且制备过程中不采用昂贵的物理气相沉积设备，成本低廉，原材料环境友好。
[0058] 实施例为让本发明的技术方案更明显易懂，特举较佳实施例，作详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。凡在本发明的精髓和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0059] 实施例1(1) 将衬底ITO导电玻璃30×30 mm依次采用碱性清洗液、丙酮、异丙醇和高纯去离子水超声清洗15分钟，氮气吹干，接着使用UV清洗机对衬底表面臭氧清洗10分钟，然后将其放入真空干燥箱备用；
(2) 铜锌锡硫吸收层制备：分别称量醋酸铜、醋酸锌、氯化锡和硫脲溶于乙二醇甲醚溶剂，45℃反应30 min即可得到铜锌锡硫前驱体溶胶，铜锌锡硫前驱体溶胶中金属离子的浓度比值为Cu/(Zn+Sn)=0.8，Zn/Sn =1.2，采用旋涂沉积的方法沉积铜锌锡硫前驱体溶胶于ITO导电玻璃表面，得到铜锌锡硫前驱体薄膜。接着350℃氩气保护气氛中硫化回火处理60 min，即可得到铜锌锡硫薄膜吸收层。图2为铜锌锡硫薄膜的表面形貌图，薄膜表面有些裂纹，晶粒大小为100nm左右。图3为铜锌锡硫薄膜的截面形貌图，薄膜厚度大概1μm左右，白色部分为ITO玻璃，厚度大概150nm。图4为铜锌锡硫薄膜的XRD实验结果，结果表明合成的铜锌锡硫薄膜为Kesterite晶体结构，XRD衍射峰沿着（101）（,112），（200），（220）（，312）和（332）晶面。图5为铜锌锡硫薄膜的Raman实验结果，进一步说明合成的铜锌锡硫薄膜为Kesterite晶体结构，没有杂质相生成。
(2) 铜锌锡硫吸收层制备：分别称量醋酸铜、醋酸锌、氯化锡和硫脲溶于乙二醇甲醚溶剂，45℃反应30 min即可得到铜锌锡硫前驱体溶胶，铜锌锡硫前驱体溶胶中金属离子的浓度比值为Cu/(Zn+Sn)=0.8，Zn/Sn =1.2，采用旋涂沉积的方法沉积铜锌锡硫前驱体溶胶于ITO导电玻璃表面，得到铜锌锡硫前驱体薄膜。接着350℃氩气保护气氛中硫化回火处理60 min，即可得到铜锌锡硫薄膜吸收层。图2为铜锌锡硫薄膜的表面形貌图，薄膜表面有些裂纹，晶粒大小为100nm左右。图3为铜锌锡硫薄膜的截面形貌图，薄膜厚度大概1μm左右，白色部分为ITO玻璃，厚度大概150nm。图4为铜锌锡硫薄膜的XRD实验结果，结果表明合成的铜锌锡硫薄膜为Kesterite晶体结构，XRD衍射峰沿着（101）（,112），（200），（220）（，312）和（332）晶面。图5为铜锌锡硫薄膜的Raman实验结果，进一步说明合成的铜锌锡硫薄膜为Kesterite晶体结构，没有杂质相生成。
[0060] (3) 硫化镉缓冲层制备：配制硫化镉溶液浓度0.15mol/L，硫脲溶液浓度0.75mol/L；分别量取硫化镉溶液和硫脲溶液20ml于250nm烧杯，再加入浓度25%～28%的氨水28ml，高纯去离子水约135ml，使得Cd离子和S离子浓度为1:50，氨水调节水溶液pH为10～11；水浴沉积温度60～90℃ ，沉积6～10min即可得到50～80nm的硫化镉缓冲层。图6为沉积时间为8min的硫化镉表面形貌图，合成的硫化镉晶粒大小约为100~200nm，薄膜厚度为70nm。
[0061] (4) 铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层：将硝酸锌和乙酰丙酮溶解于乙二醇甲醚溶剂中60℃反应24小时，得到铝掺氧化锌前驱体溶液；溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体溶液于硫化镉缓冲层上，200℃回火处理即可得到铝掺氧化锌薄膜，重复6次；溶液法沉积银线油墨于铝掺氧化锌薄膜上，150℃处理1 min，UV处理2 min；接着重复溶液法沉积铝掺氧化锌前驱体溶液于银线薄膜表面，150℃回火处理即可得到铝掺氧化锌薄膜，重复8次；再次200度退火10 min即可得到铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层。
[0062] 图7为铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层的表面形貌图，银线位于铝掺氧化锌层里面，合成的铝掺氧化锌纳米颗粒大小为20~40nm。图8为铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌复合透明导电窗口层的透光率和吸收波长的曲线图，从图中可以看出在450-1000nm以后，透光率可达到90%以上。从下表1也可以看出，铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌薄膜与铝掺氧化锌薄膜、银线薄膜相比，透光率相差不大，但是表面电阻小很多。
[0063] 表1为铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌薄膜与铝掺氧化锌薄膜、银线透光率和表面电阻比较样品 透光率（%在550nm） 表面电阻（Ω/cm2）
铝掺氧化锌薄膜 100 2.79×108
银线薄膜 92.9 ＜100
铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌薄膜 92.8 ＜50
(5) 按照上述步骤依次沉积即可得到双面的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，电池结构为：
glass/ITO/CZTS/CdS/AZO/AgNWs/AZO。图9为全溶液过程铜锌锡硫薄膜太阳电池器件截面图。图10为全溶液过程铜锌锡硫薄膜太阳电池的IV曲线图，由图可知器件效率为0.023%，开路电压为120mV，短路电流密度为0.57mA/cm2，填充因子为33.7%。
铝掺氧化锌薄膜 100 2.79×108
银线薄膜 92.9 ＜100
铝掺氧化锌/银线/铝掺氧化锌薄膜 92.8 ＜50
(5) 按照上述步骤依次沉积即可得到双面的铜锌锡硫薄膜太阳能电池，电池结构为：
glass/ITO/CZTS/CdS/AZO/AgNWs/AZO。图9为全溶液过程铜锌锡硫薄膜太阳电池器件截面图。图10为全溶液过程铜锌锡硫薄膜太阳电池的IV曲线图，由图可知器件效率为0.023%，开路电压为120mV，短路电流密度为0.57mA/cm2，填充因子为33.7%。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 沼气发电与光伏发电互补向高原上养殖场供电的输电装置 | 2021-11-09 | 2 |
| 薄膜太阳能电池清边装置 | 2021-01-17 | 3 |
| Thin-film solar cell module | 2022-12-31 | 3 |
| METHODS FOR PRODUCING CHALCOPYRITE COMPOUND THIN FILMS FOR SOLAR CELLS USING MULTI-STAGE PASTE COATING | 2021-03-08 | 1 |
| 一种加热腔保温系统 | 2021-10-10 | 0 |
| 薄膜太陽電池及び薄膜太陽電池の製造方法 | 2020-11-03 | 4 |
| Recycling-Verfahren für Dünnschichtsolarzellenmodule | 2020-08-12 | 2 |
| DEPOSITION BOX FOR SILICON-BASED THIN FILM SOLAR CELL | 2021-01-05 | 1 |
| AMALGAM METHOD FOR FORMING A SPUTTER TARGET USEFUL IN THE MANUFACTURE OF THIN-FILM SOLAR PHOTOVOLTAIC CELLS | 2021-06-03 | 0 |
| 一種薄膜太陽能電池之Ｐ－Ｉ－Ｎ微晶矽結構及其製法 | 2021-04-09 | 2 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈