[发明专利]一种银掺杂铜锌锡硫薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种银掺杂铜锌锡硫薄膜太阳电池及其制备方法，属于薄膜太阳电池领域。所述太阳电池包括依次连接的玻璃衬底、背电极、吸收层、缓冲层、透明导电窗口层和顶电极。所述吸收层通过在背电极上沉积一层25nm厚的Ag薄膜，再在Ag薄膜上采用旋涂法涂覆铜锌锡前驱体溶液，最后经高温硫化制得。本发明所沉积25nm厚的Ag有两方面的作用：1）Ag作为临时保护层避免了所配置的反应物溶液与背电极直接接触，从而阻止了反应物溶液对背电极的侵蚀；2）Ag掺杂对铜锌锡硫薄膜的结晶性、表面形貌和吸收层/背电极异质结接触等性能都有明显提升，可提高电池的吸收效率。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池领域，具体涉及一种结构优化的银掺杂铜锌锡硫薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

随着现代社会经济的高速发展，人们对能源和环境问题越来越关注。而作为主要能源来源的化石能源日渐枯竭，因此，寻找清洁、无污染、储量大、分布广泛的新能源已成为当务之急。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。其开发和利用对于缓解能源危机和环境问题具有重要的科学意义和实际价值。

要将太阳能转换为电能，需要低成本、高效率的太阳电池，这涉及到太阳电池器件的高质量制备技术。铜锌锡硫（CZTS）属于四元化合物半导体材料，具有锌黄锡矿结构。此电池具有以下特点：1）CZTS是一种直接带隙半导体材料，禁带宽度为1.45eV~1.50eV，光吸收系数超过10 ⁴ cm ^-1，只需要1.5μm~2.5μm厚的材料，就可以吸收绝大多数可见光；2）元素组成丰富、无毒，相比于同类型的铜铟镓硒，制备成本更低。3）相比于钙钛矿太阳电池，稳定性更好。4）弱光特性好。

目前，CZTS太阳电池的最高效率为12.6%，距离其理论值还有很大的差距。限制其效率提升的几个主要因素如下：1）硫化镉缓冲层（CdS）和CZTS吸收层之间载流子的界面复合问题；2）CZTS吸收层内的体缺陷；3）CZTS吸收层和Mo背电极之间的载流子传输复合导致开路电压低的问题。其中，对于第三点的研究还比较少。事实上，在接近CZTS / Mo的准中性区域，光生载流子扩散的驱动力变弱，电子和空穴聚集并复合，这是导致开路电压降低的重要原因。此外，Mo背电极可能会引起CZTS的分解从而造成孔隙和二次相的形成，这会降低并联电阻从而降低电池的填充因子和开路电压。

CZTS的制备方法有很多，包括溅射法、蒸发法、喷雾热解法、电沉积法和溶液法。其中，溶液法制备成本低、工艺简单、均匀性好。但是，通过旋涂法在背电极即Mo薄膜上涂覆反应物溶液时，溶液会对Mo电极形成侵蚀从而导致硫化后吸收层与Mo的附着性较差。因此，如何提高CZTS和Mo背电极的附着性是采用溶液法制备高性能CZTS的器件亟待解决的技术难题。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种既可以提高CZTS与Mo电极附着性，又能提高器件的开路电压的银掺杂铜锌锡硫薄膜太阳电池及其制备方法，可以解决溶液法制备的CZTS与Mo电极附着性差、载流子复合等问题，提高器件的开路电压。

实现本发明目的的技术方案是：本发明所述的银掺杂铜锌锡硫（ACZTS）薄膜太阳电池，包括依次连接的玻璃衬底、背电极、吸收层、缓冲层、透明导电窗口层和顶电极，所述背电极为双层Mo薄膜，包括高阻层Mo薄膜和低阻层Mo薄膜，其总厚度为1μm；所述吸收层为银掺杂铜锌锡硫薄膜，厚度为2000nm~2500nm；所述缓冲层为CdS薄膜，厚度为50~60nm；所述透明导电窗口层为依次沉积的60~80nm的本征ZnO薄膜和500~600nm的ZnO:Al薄膜；所述顶电极为蒸发镀银电极。

较佳的，所述的吸收层通过在背电极上沉积一层25nm厚的Ag薄膜，再在Ag薄膜上采用旋涂法涂覆铜锌锡前驱体溶液制备前驱体薄膜，最后经高温硫化制得。上述结构优化的ACZTS薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）在洁净的钠钙玻璃衬底上采用直流法溅射双层Mo薄膜作为背电极；