[发明专利]一种提高基于DMSO溶液法制备的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高基于DMSO溶液法制备的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池性能的方法，在传统的DMSO基CZTS前驱体溶液中加入与其体积比为1:2~1:50的去离子水得到优化的CZTS前驱体溶液；然后将优化的CZTS前驱体溶液涂至基底上，经后硒化处理形成CZTSSe薄膜，最后组装太阳能电池器件。本发明通过改良前驱体溶液改善了薄膜的质量，有效提高了CZTSSe薄膜太阳能电池的开路电压、短路电流，填充因子及光电转换效率。本发明所提供的方法可控性强，工艺简单，成本低廉，可为发展低成本、高效率的CZTS薄膜太阳能电池技术提供新的思路和途径，具有规模化工业生产的潜力。

技术领域

本发明涉及一种提高基于DMSO溶液法制备的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池性能的方法，属于薄膜太阳能电池技术领域。

背景技术

铜锌锡硫硒Cu₂ZnSn(S,Se)₄ (CZTSSe)化合物半导体材料因其优异的光吸收特性及组成元素在地壳中储量丰富且环境友好等优点引起了研究者的极大关注。迄今为止，真空和非真空沉积方法均已成功制备出光电转换效率超过10％的CZTSSe薄膜太阳能电池。其中，IBM采用联氨溶液实现了12.6%的最高转换效率，呈现出了良好的商业化应用前景，极大地鼓舞了该领域的研究。为避免有毒溶液的使用，基于二甲基亚砜（DMSO）的溶液制备方法由于无毒、低成本成为CZTSSe薄膜太阳能电池最具潜力的制备方法之一。目前采用此方法制备CZTSSe薄膜太阳能电池最高效率已高达11.8％。然而，在吸收层中通常会出现较多晶界，二次相和微观空隙，这限制了太阳能电池器件性能的进一步改善。研究发现包括Cux(S,Se)，Zn(S,Se)，Sn(S,Se)x及Cu₂Sn(S,Se)₃在内的各种二次相均会影响对太阳能电池性能，尤其是开路电压和填充因子。此外，研究发现在退火过程中在CZTSSe薄膜表面也会形成SeO₂二次相，尽管其对器件性能的影响尚不明确。而在溶液法制备CZTSSe薄膜过程中前驱体溶液的特性十分关键，比如溶液的粘度，浓度，浸润特性及pH值等因素均会影响成膜质量，结晶性及电学性质。通过前驱体溶液的优化预期可提高薄膜的质量进而提高器件性能。

因此，探索一种优化的DMSO前驱体溶液，得到相成分单一、微观结构优良的高质量的CZTSSe吸收层对进一步提高CZTSSe薄膜太阳能电池器件性能不仅具有科学价值，而且更具有现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高基于DMSO溶液法制备的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池性能的方法。

本发明通过在DMSO基CZTS前驱体溶液中引入去离子水优化前驱体溶液的粘度、pH值及沸点等参数，采用传统旋涂方法制备CZTS前驱体薄膜，经后硒化处理制备得到相成分单一、微观结构优良的高质量的铜锌锡硫硒（CZTSSe）吸收层薄膜，制备过程中前驱体溶液调节方便，可简化成膜过程，生产设备简单，适于规模化生产。

一种提高基于DMSO溶液法制备的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池性能的方法，其特征在于在传统的DMSO基CZTS前驱体溶液中加入与其体积比为1: 2~1:50的去离子水得到优化的CZTS前驱体溶液；然后将优化的CZTS前驱体溶液涂至基底上，经后硒化处理形成CZTSSe薄膜，最后组装太阳能电池器件。

本发明通过在DMSO基CZTS前驱体溶液中引入适量去离子水优化前驱体溶液的粘度、pH值及沸点等参数，制备得到优化的CZTS前驱体薄膜，经后硒化处理得到高质量的铜锌锡硫硒（CZTSSe）吸收层薄膜，有效的提高了器件的开路电压、短路电流、填充因子及光电转换效率，实验可重复性和稳定性也比较好，在太阳能电池方面有较好的应用价值。

本发明所提供的方法可控性强，工艺简单，成本低廉，可为发展低成本、高效率的CZTS薄膜太阳能电池技术提供新的思路和途径，具有规模化工业生产的潜力。

附图说明