[发明专利]一种室温硫化的铜基吸收层薄膜和太阳电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种室温硫化的铜基吸收层薄膜和太阳电池及其制备方法，该室温硫化的铜基吸收层薄膜和太阳电池及其制备方法，包括：在Mo电极上沉积铜基吸收层薄膜；使用氨水和硫化氨蒸气处理铜基吸收层薄膜表面，获得具有表面梯度带隙的铜基薄膜太阳电池。本发明中先使用氨水刻蚀铜基薄膜表面，使其表面留下悬挂键和硒空位。然后再使用硫化氨蒸气硫化铜基薄膜表面，使其表面带隙增加，形成了表面梯度带隙。经过室温硫化后，电池的开路电压得到大幅提升，因此使效率获得提升。硫化氨蒸气硫化铜基薄膜表面工艺简单，降低了太阳电池的制造成本。

技术领域

本发明属于太阳电池领域，涉及一种室温硫化铜基吸收层薄膜及其制备方法、一种铜基薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

能源危机及环境污染日益严重，开发清洁的绿色能源现已成为人类面临的重大课题。太阳能发电是国际公认的具发展潜力的新能源产业，各国都在全力发展太阳能光伏技术，将太阳能光电开发和利用作为一项可持续发展能源的重要战略。铜基薄膜太阳电池是以铜基化合物作为吸收层的薄膜电池，铜基薄膜太阳电池性能稳定，抗辐射能力强，光电转化效率高。

目前，铜基薄膜太阳电池效率仍低于其理论效率，关键限制因素之一是开路电压。为了提高开路电压，其中一个有效的方法是硫化铜基薄膜。但是传统的硫化方法存在如下问题：(1)传统的硫化方法都是在高温下进行，容易造成铜基薄膜的分解，造成某些元素的损失，从而恶化器件性能；(2)传统的高温硫化法使得硫掺入的深度难以控制，不利于前梯度带隙的形成；(3)传统的高温硫化法会导致铜基薄膜中引入深能级缺陷，从而降低器件性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种室温硫化的铜基吸收层薄膜及其制备方法、一种铜基薄膜太阳电池及其制备方法。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案。

本发明第一方面提供一种室温硫化的铜基吸收层薄膜的制备方法，包括：

1)在Mo正电极上采用磁控溅射方法顺序溅射Mo/M2/M1/M3/M1金属预置层，第一层M1金属采用直流电源恒功率溅射，功率为85W，溅射时间为4min，第二层M1金属采用直流电源恒功率溅射，功率为80W，溅射时间为5min；金属M3也采用直流电源恒功率溅射，功率为26W，溅射时间为25.5min；金属M2采用直流电源恒电流溅射，电流为110mA，溅射时间为10.5min；然后将金属预置层在X气氛下550℃退火10min得到铜基吸收层薄膜；所述铜基吸收层薄膜包括具有M1、M2、M3、X及其组合的化合物，其中，M1是铜(Cu)、银(Ag)或其组合，M2是铟(In)、铝(Al)、锌(Zn)或其组合，M3是镓(Ga)、锗(Ge)、锡(Sn)或其组合，并且X是硒(Se)、硫(S)或其组合；

2)使用硫化氨蒸气处理所述铜基吸收层薄膜表面，获得具有前表面梯度带隙的铜基吸收层薄膜。

用于挥发产生硫化氨蒸气的硫化氨溶液的浓度为20wt％，硫化氨蒸气的处理时间为5min～60min。

作为上述技术方案的进一步改进，使用硫化氨蒸气处理所述铜基吸收层薄膜前还需要进行氨水刻蚀，所述氨水溶液的浓度为25wt％。

所述铜基吸收层薄膜的厚度为0.4～3μm。

本发明第二方面提供一种由上述方法制备得到的室温硫化的铜基吸收层薄膜。

本发明第三方面提供一种室温硫化的铜基薄膜太阳电池，所述铜基薄膜太阳电池的吸收层为第二方面所述的铜基吸收层薄膜。

所述铜基薄膜太阳电池包括依次层叠设置的衬底、正电极、吸收层、缓冲层、窗口层和顶电极。

作为上述技术方案的进一步改进，所述衬底的材料为钠钙玻璃、无钠玻璃或石英玻璃等，所述正电极为在衬底上制备的Mo金属电极，正电极的厚度为1～2μm。