[发明专利]一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法，通过对所述铜锌锡硫薄膜太阳能电池的铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理后，再进行后序的制备工艺，以此钝化了铜锌锡硫薄膜吸收层的晶界面，抑制了载流子在晶界面的复合，提高了铜锌锡硫薄膜太阳能电池器件的开路电压和填充因子，以提高铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转化效率，并制备出高性能的铜锌锡硫薄膜太阳能电池。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，基于CdTe和Cu(In,Ga)Se₂(CIGS)吸收层材料的薄膜太阳电池得到了快速的发展，而且已经实现了商业化。但是，由于Cd有毒，In、Ga和Te为稀有金属，导致采用这些材料的薄膜光伏组件难以实现产业化。因此，寻找一种安全环保且具备储量丰富的原料源的薄膜材料成为了研究的热点。四元化合物Cu₂ZnSnS₄(CZTS，铜锌锡硫)半导体材料的所有组成元素储量丰富且无毒，其吸收系数大(大于10⁴cm^-1)，对光的吸收能力好，最优单结带隙约为1.5eV，能很好地吸收太阳光并将光能转化为电能，是最有潜力的新型绿色光伏材料之一。

虽然目前CZTSSe太阳能电池的最高光电转换效率已达12.6％，而纯硫化的CZTS铜锌锡硫薄膜太阳能电池的最高光电转换效率可达9.2％，但是相比于CIGS太阳能电池可达到22.6％的最高光电转换效率，铜锌锡硫薄膜太阳能电池仍有很大的提升空间。其中，影响铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转换效率的一个重要因素是铜锌锡硫薄膜太阳能电池中的载流子会在界面进行复合，造成光生载流子的损失。因此，有必要提出一种抑制载流子在界面进行复合，以提高铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转换效率的方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法，来解决上述问题。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供了一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池，包括衬底和依次设置在所述衬底上的第一电极层、铜锌锡硫薄膜吸收层、窗口层和第二电极层，所述铜锌锡硫薄膜吸收层经过表面处理，所述铜锌锡硫薄膜吸收层上形成抑制载流子在晶界面进行复合的表面。

优选地，所述铜锌锡硫薄膜吸收层和所述窗口层之间还设置有缓冲层。

优选地，所述窗口层和所述缓冲层之间还设置有本征氧化锌层。

本发明还提供了一种如上所述的铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备方法，包括步骤：S1、提供一衬底，在所述衬底上依次制作第一电极层和铜锌锡硫薄膜吸收层；S2、使用表面处理试剂对所述铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理，使所述铜锌锡硫薄膜吸收层上形成抑制载流子在晶界面进行复合的表面；S3、在所述铜锌锡硫薄膜吸收层上依次制作窗口层和第二电极层。

优选地，所述表面处理试剂包括刻蚀液、钝化液和硫化液。

优选地，所述步骤S2中，使用所述刻蚀液、钝化液和硫化液分别对所述铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理或将所述刻蚀液、钝化液和硫化液相互混合后对所述铜锌锡硫薄膜吸收层进行表面处理。

优选地，所述刻蚀液选自盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、草酸和柠檬酸中的一种或两种以上的酸液。

优选地，所述刻蚀液选自AlCl₃溶液、InCl₃溶液、GaCl₃溶液中的一种或两种以上的溶液。

优选地，所述硫化液选自硫脲溶液、硫代乙酰胺溶液、硫化钠溶液中的一种或两种以上的溶液。

优选地，所述步骤S3中，在所述铜锌锡硫薄膜吸收层上依次制作缓冲层、本征氧化锌层、窗口层以及第二电极层。