[发明专利]一种纳米结构CZTS薄膜光伏电池及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米结构CZTS薄膜光伏电池，其特征在于：依次是由衬底、背电极、p型半导体纳米线阵列、n型半导体薄层、窗口层和金属栅格电极组成；

所述的p型半导体纳米线阵列是由半导体合金(Cu_xB_1-x)₂C_y(D_zS_1-z)₄组成，其中0＜x≤1，0≤y≤2，0≤z＜1，B为银和/或金，C为铝、锌或锡中的一种以上，D为硒和/或碲。

2.根据权利要求1所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池，其特征在于：

所述的衬底为陶瓷、云母、高分子塑料、金属、硅片、玻璃或不锈钢片；

所述的背电极为钼、铝、金、铜、ITO玻璃、银、钨、镍或钛，背电极层的厚度为50nm～50μm。

3.根据权利要求1所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池，其特征在于：所述的n型半导体薄层为硫化镉、硫化锌、硒化锌、氧化镁、氧化锌、硒化铟、硫化铟、铟锌硒、氧化锡或硫化锡中的一种以上，n型半导体薄层的厚度为1-200nm。

4.根据权利要求1所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池，其特征在于：

所述的窗口层为掺铝氧化锌、ITO薄膜、石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜，窗口层的厚度为1nm～10μm；

所述的金属栅格电极为钼、铝、金、铜、钨钛合金、ITO玻璃、银、钨、镍或钛。

5.权利要求1-4任一项所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池的制备方法，其特征在于：采用气-固反应法制备硫化亚铜或硫化铜纳米线阵列，再结合物理气相沉积法和热处理方法将上述纳米线阵列转变为铜锌锡硫纳米线阵列，最终得到纳米结构CZTS薄膜光伏电池。

6.根据权利要求5所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）通过物理气相沉积法或电化学沉积法，依次在衬底上沉积背电极层、铜膜，得到沉积了铜膜的衬底；

（2）将沉积了铜膜的衬底与硫化氢/氧气混合气体混合，在10-200℃下反应1-500h，通过气固反应将铜膜转换为硫化亚铜或硫化铜纳米线阵列；将硫化亚铜或硫化铜纳米线阵列的表面氧化层除去，再通过物理气相沉积法，在硫化亚铜或硫化铜纳米线阵列上沉积铜锌锡硫元素，热处理后得到p型半导体纳米线阵列；

（3）在p型半导体纳米线阵列表面沉积n型半导体薄层，得到具有p-n结的核/壳型纳米线阵列；

（4）通过物理气相沉积法依次在具有p-n结的核/壳型纳米线阵列上沉积窗口层和金属栅格电极，得到纳米结构CZTS薄膜光伏电池。

7.根据权利要求6所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池的制备方法，其特征在于：

步骤（1）和（4）所述的物理气相沉积法为溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法、激光束蒸发法或硫化法；

步骤（1）所述的电化学沉积法为脉冲电化学沉积、恒压电化学沉积或恒流电化学沉积；

步骤（3）所述沉积n型半导体薄层的方法为化学浴、旋涂、浸润、电化学沉积或物理气相沉积。

8.根据权利要求6所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池的制备方法，其特征在于：

步骤（2）所述热处理的方式为：通入气体，100-1500℃下热处理0.1-50h；所述的气体为Ar、N2、H2S或H2Se中的一种以上；

步骤（2）所述的物理气相沉积法为溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或激光束蒸发法。

9.根据权利要求8所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池的制备方法，其特征在于：

所述的热蒸发法为先共蒸发锌-锡，再蒸发铜，再共蒸发锌-锡；或者先蒸发锡-硫，再蒸发锌-硫，最后蒸发铜；或者先蒸发锌-硫，再蒸发锡-硫，最后蒸发铜-硫；或者先共蒸发锌-锡-硫，再共蒸发铜-硫；

所述溅射法中采用的靶材为由铜、锌、锡或硫中的一种以上元素组成的靶材。

10.权利要求1-4任一项所述的纳米结构CZTS薄膜光伏电池在太阳能发电中的应用。