[发明专利]铜锌锡硫四元化合物及其构成的薄膜太阳电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池领域，具体是一种薄膜太阳电池及其构成薄膜太阳 电池的铜锌锡硫四元化合物薄膜的制备方法和p-n结结构薄膜太阳电池的制备方 法。

背景技术

铜锌锡硫四元化合物不含丰度低的元素Ga、In、Se和有毒元素Cd等，禁 带宽度约为1.5eV，与太阳光谱相匹配，吸光系数高达10⁴cm^-1。据相关理论推 算，单结铜锌锡硫四元化合物薄膜太阳电池在AM 1.5和100mW/cm²的光照下， 光伏性能参数为：开路电压1.23V、短路电流密度29.0mA/cm²、填充因子90.0％、 光电转换效率可达32.2％，是一种具有广阔应用前景的薄膜太阳电池。

目前，国内外利用铜锌锡硫四元化合物作为吸收层材料，p-n结结构均为p- 铜锌锡硫四元化合物n-硫化镉，其窗口层仍然含有有毒元素Cd。常见的铜锌锡 硫四元化合物半导体薄膜的制备方法主要有气相沉积金属前驱体法再经硫化、磁 控溅射法等方法，日本专利JP2009135316A利用气相沉积金属前驱体再经硫化 制备了铜锌锡硫四元化合物薄膜及相应的n-硫化镉/p-铜锌锡硫四元化合物薄膜 太阳电池，其光电转换效率达6.9％；Hironori Katagiri等(Thin Solid Films，2007， 515：5997-5999)以同样的方法制备了铜锌锡硫四元化合物薄膜及薄膜太阳电池， 获得了5.74％的光电转换效率；俄罗斯专利RU2347299C1利用真空溅射金属前 驱体接着经硫化的两步法制备了铜锌锡硫四元化合物薄膜；中国专利 CN101026198A和CN101101939A采用熔炼合金的方法、再经磁控溅射制备了铜 锌锡硫四元化合物薄膜，这些制备方法的硫化工艺复杂、产物的化学计量比难控 制、制备过程需真空或者气体保护等。最近，美国化学会志(J.AM.CHEM.SOC. 2009，131，11672-11673；J.AM.CHEM.SOC.2009，131，12554-12555； J.AM.CHEM.SOC.2009，131，12054-12055)报道了在有机溶剂油胺溶液中使用 铜、锌、锡的金属有机化合物在225-300℃合成了铜锌锡硫四元化合物纳米材料， 这些制备方法价格昂贵、有机溶剂难以除去、残留的有机物阻碍了薄膜太阳电池 光伏性能的提高。

发明内容

本发明提供了一种p-n结结构薄膜太阳电池及其构成薄膜太阳电池的铜锌锡 硫四元化合物薄膜的制备方法和p-n结结构薄膜太阳电池的制备方法，所制备的 薄膜太阳电池具有附着力强、电阻低、原料来源丰富的优点；且制备方法具有化 学计量比容易控制可调、制备工艺简单、制备过程能耗低、成本低廉、对环境友 好的优点。

本发明的技术方案为：

一种二硫化锡/铜锌锡硫四元化合物薄膜太阳电池，包括导电玻璃/金属栅 电极和金属背电极，其特征在于：所述的导电玻璃/金属栅电极和金属背电极之 间有构成p-n结结构的p-铜锌锡硫四元化合物薄膜和n-二硫化锡薄膜。

所述的铜锌锡硫四元化合物的制备方法，其特征在于：是将硫化铜、硫化锌、 硫化亚锡按1∶0.2-0.8∶0.2-0.8的摩尔比混合，然后加入到适量水中球磨混合1 小时以上，将得到的混合液转移至高压釜中，在120-280℃下水热处理2小时以 上，得铜锌锡硫四元化合物粉末。

所述的二硫化锡/铜锌锡硫四元化合物薄膜太阳电池的制备方法，其特征在 于：包括以下步骤：

(1)、铜锌锡硫四元化合物的制备：将硫化铜、硫化锌、硫化亚锡按1∶0.2-0.8∶ 0.2-0.8的摩尔比混合，然后加入到适量水中球磨混合1小时以上，将得到的混合 液转移至高压釜中，在120-280℃下水热处理2小时以上，得铜锌锡硫四元化合 物粉末；

(2)、p-铜锌锡硫四元化合物薄膜的制备：将铜锌锡硫四元化合物粉末与粘 接剂混合并涂膜，然后在40-100℃下烘干，120-400℃干燥固化1小时以上，得 p-铜锌锡硫四元化合物薄膜。

所述的粘接剂选用磷酸二氢铝溶液、氧化铝与磷酸二氢铝混合溶液、或氧化 铜与磷酸二氢铝混合溶液；