[发明专利]SnS/ZnS叠层薄膜太阳能电池制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种新的SnS/ZnS叠层薄膜太阳能电池制备方法。

背景技术

SnS薄膜是一种新型的薄膜太阳能电池吸收层材料，呈自然的P型半导体，可以与N型半导体ZnS组合成P-N结，具有无毒、转换效率高的特点。现有技术方案的有两个特征，一是在制备工艺上采用真空蒸发技术；二是在薄膜太阳能电池结构上采用单一P-N结结构。申请号201010527964.3《真空蒸发制备ZnS/SnS双层薄膜的方法》成功制备了基于“ZnS/SnS”P-N结的薄膜太阳能电池，该技术方案是采用真空蒸发方法，在真空环境下，通过蒸发ZnS粉末和SnS粉末，在基片上沉积一层ZnS薄膜和一层SnS薄膜来制备双层ZnS/SnS薄膜的。由于真空蒸发技术的固有特性和单一P-N结在吸收光子方面的局限性，该技术方案存在如下缺点：一是沉积速度慢，真空蒸发技术膜层粒子的迁移仅依靠膜层蒸发物质在真空室内的浓度差作为驱动力；二是蒸发出来的粒子能量低，使得薄膜与基片的结合力低，薄膜容易从基片上脱落，同时粒子到达基片表面后不能很好地迁移，导致最终形成的薄膜均匀性差，对于多层薄膜来说，使得薄膜间的界面不明显，影响薄膜功能的发挥；三是真空蒸发的固体物质源均为点状源，同样导致薄膜成膜的不均匀；四是真空蒸发工艺不能精确控制，工艺的开始和结束都需要缓冲时间；五是蒸发法不适用于大面积和高速镀膜，不适用于现代工业生产；六是蒸发法不能做到连续生产，每生产一批，都必须重复执行破真空-抽真空-物质源预熔化过程，质量稳定性差；七是单一P-N结双层薄膜不能完全转化吸收限内的光子，使光电转化效率受到限制。八是该方案没有背电极金属层，不是完整的太阳能电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高光吸收率的SnS/ZnS叠层薄膜太阳能电池制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：SnS/ZnS叠层薄膜太阳能电池制备方法，包括如下步骤：

a、将作为基片的FTO导电玻璃清洗干净，安装于磁控溅射机基片座上；然后再安装SnS靶材、ZnS靶材和Al靶材后关闭磁控溅射机真空室门；

b、开启真空抽气系统抽真空，使本底真空度达到2×10^-3Pa以上；

c、开启氩气进气阀门通入氩气，使真空室内真空度达到2×10^-1Pa时，开启所有靶材溅射电源执行预溅射程序；

d、预溅射程序结束后，关闭所有靶材电源，关闭氩气进气阀，再次抽本底真空至2×10^-3Pa以上；

e、再次开启氩气进气阀门通入氩气，当真空室内真空度达到2～9×10^-1Pa后，开启SnS靶材的溅射电源制备SnS薄膜，控制功率密度100～300W/cm²、溅射时间10～30分钟，薄膜厚度50～80nm；SnS薄膜制备完成后制备ZnS薄膜，控制功率密度200～350W/cm²、溅射时间10～30分钟，薄膜厚度50～80nm；

f、重复执行步骤e中制备SnS薄膜和ZnS薄膜的程序，总共制备2～4个由SnS薄膜和ZnS薄膜组成的P-N结；

g、P-N结制备完成后制备Al薄膜，控制功率密度100～250W/cm²、溅射时间10～15分钟，溅射厚度70～100nm，Al薄膜制备完成后即得到SnS/ZnS叠层薄膜太阳能电池。

其中，本领域技术人员可以理解的是，本领域磁控溅射所述的真空度或者讲本发明上述的真空度实质是指一定空间内的绝对压强，2×10^-3Pa以上实质是指绝对压强低于2×10^-3Pa。

其中，上述方法步骤a中，FTO导电玻璃的清洗是依次用去离子水、丙酮、无水乙醇在超声波条件下进行清洗。

其中，上述方法步骤c中，预溅射程序设定为从起辉开始至设定功率时间为10分钟，到达设定功率后维持30分钟。

本发明的有益效果是：由于本发明采用磁控溅射的方式制备薄膜太阳能电池，严格控制溅射各步骤的条件，并且在预溅射后再次执行抽本底真空的程序，使得薄膜与基体结合力更强，不容易脱落，并且成膜均匀，提高了薄膜太阳能电池的光吸收率；磁控溅射可以做到大型化，流水线化高速连续生产；另外本发明制备的太阳能电池具有叠加的2～4个由SnS薄膜和ZnS薄膜组成的P-N结，进一步提高了电池的光吸收率，即能够提供光电转换效率。本发明方法制备温度低、能耗低、速度快，适于工业生产，适于大范围的推广应用。