[发明专利]一种锑掺杂铜锌锡硫硒靶材及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种锑掺杂铜锌锡硫硒靶材及其制备方法。本发明首先将铜锌锡硫硒粉末和含Sb粉末球磨混合，得到原料混合物；然后对原料混合物进行烧结，得到锑掺杂铜锌锡硫硒靶材。本发明提供的制备方法操作简便，易于实施。采用本发明所述制备方法得到的锑掺杂铜锌锡硫硒靶材已经将锑元素和铜锌锡硫硒掺杂混合，直接采用溅射法来溅射得到锑掺杂铜锌锡硫硒吸收层薄膜即可，无需添加蒸发装置，操作简单。此外，所述靶材的晶粒尺寸较大，结晶质量良好，在应用于溅射制备吸收层薄膜时成分重复性好。

技术领域

本发明涉及掺杂铜锌锡硫硒靶材技术领域，尤其涉及一种锑掺杂铜锌锡硫硒靶材及其制备方法和应用。

背景技术

铜锌锡硫硒(简称CZTSSE)系薄膜太阳能电池作为第三代太阳能电池的代表，具有光电转化效率高、性能稳定、抗辐射性能好和制备成本低等优势。CZTS的禁带宽度为1.5eV，CZTSe的禁带宽度为1.0eV，通过调节Se含量可以调节禁带宽度，该禁带宽度范围覆盖太阳能电池的最佳禁带宽度，利于制备高光电转换效率薄膜太阳能电池。CZTSSE薄膜太阳能电池的典型结构为：减反射层/透明电极层/窗口层/过渡层/光吸收层(CZTSSE层)/金属背电极/衬底。

CZTSSE层的结晶质量和晶粒大小对薄膜太阳能电池的转化效率具有极大的影响。结晶质量的提高能够减少表面缺陷，减少载流子在表面的复合，增大短路电流；晶粒尺寸的增加使有效扩散长度增长，利于载流子的收集，也能提高薄膜太阳能电池的短路电流，进而提高薄膜太阳能电池的转化效率。所以提高CZTSSE层的结晶质量、增大CZTSSE层的晶粒尺寸对于提高薄膜太阳能电池具有重要意义。经过实验验证，掺杂的Sb元素会和CZTSSE反应生成CuSbS₃或者CuSbSe₃，CuSbS₃或者CuSbSe₃熔点很低，在退火过程中会形成液相，促进元素扩散，从而提高CZTSSE层的结晶质量，增大CZTSSE层的晶粒尺寸。

目前，对于Sb掺杂CZTSSE吸收层的制备，现有技术中通过采用蒸发设备在CZTSSE吸收层上蒸发Sb单质或者Sb元素的化合物，之后通过扩散的方式使Sb元素扩散进入吸收层的方式来制备掺杂Sb的CZTSSE层。然而，现有的采用磁控溅射法制备CZTSSE太阳电池的装置中并不包含蒸发设备，若利用蒸发法掺杂Sb元素，需要额外的再添加蒸发装置，实施难度较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需蒸发来制备锑掺杂铜锌锡硫硒吸收层薄膜的方法，具体的提供一种锑掺杂铜锌锡硫硒靶材，以该靶材为原料直接采用溅射法来溅射得到锑掺杂铜锌锡硫硒吸收层薄膜，从而无需在磁控溅射设备中添加蒸发装置，操作简单。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种锑掺杂铜锌锡硫硒靶材的制备方法，包含如下步骤：

(1)将铜锌锡硫硒粉末和含Sb粉末混合后进行球磨，得到原料混合物；

(2)对原料混合物进行烧结，得到锑掺杂铜锌锡硫硒靶材。

优选的，所述含Sb粉末为单质Sb粉末和/或含Sb化合物粉末；

所述含Sb化合物粉末为Sb₂S₃粉末、Sb₂Se₃粉末和Sb₂O₃粉末中的一种或几种。

优选的，所述含Sb粉末中Sb元素占铜锌锡硫硒粉末和含Sb粉末的混合物中总原子数的(0at％,1at％]。

优选的，所述原料混合物的粒径≤50μm。

优选的，所述烧结为常压烧结、热压烧结或热等静压烧结；

所述烧结的气氛为真空气氛或惰性气氛。