[发明专利]具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法。该铜锌锡硫硒太阳能电池包括从下至上顺序堆叠的背电极、CZTS_xSe_1‑x(0≤x≤1)吸收层、缓冲层、窗口层和顶栅电极；还包括从下至上顺序设置在背电极和CZTS_xSe_1‑x吸收层之间的高功函数层和隔离层，高功函数层配置为诱导CZTS_xSe_1‑x吸收层的能带向上弯曲以形成背界面电场，隔离层配置为抑制高功函数层的材料在高温下与其他物质发生化学反应。在制备方法中，通过原位制备高功函数层和隔离层。本发明可实现光生载流子在背界面的有效分离，抑制背界面载流子非辐射复合，提高铜锌锡硫硒太阳能电池的开路电压。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，特别是一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，能源需求呈指数上升，传统化石能源不可再生且造成愈来愈严重的环境污染，因此开发利用太阳能成为解决目前能源问题的重要方向。将太阳能转换为电能的太阳能电池是太阳能利用的重要方式。在众多太阳能电池中，薄膜太阳能电池能满足多场景应用需求，如光伏建筑一体化、柔性可穿戴设备等。铜锌锡硫硒(CZTS_xSe_1-x，0≤x≤1)材料因具有吸光能力强、组成元素无毒且储量丰富、带隙匹配等优势，成为极具发展潜力的薄膜光伏吸收层材料。经过近二十年的发展，CZTSSe太阳能电池的最高认证效率(Power Conversion Efficiency，简称PCE)已经达到13.0％。

但是，铜锌锡硫硒太阳能电池的效率仍未达到工业化光伏器件的水平(PCE＞20％)，特别是其开路电压(Open-Circuit Voltage，简称VOC)不及Shockley-Quiesser理论极限的60％，说明在材料体相和器件界面存在严重的载流子复合。在电池的Mo/CZTS_xSe_1-x背界面存在两个诱发载流子复合的因素，一个是在高温硒(硫)化过程中反应生成的杂相Cu₂S(e)、ZnS(e)和SnS(e)，另一个是Mo电极的功函数(～4.8eV)低于CZTSSe的功函数(～5.1eV)，使得在背界面形成肖特基结，虽然其空穴势垒很小，对空穴输运的阻挡可忽略不计，但该界面不具有分离载流子的功能，容易使得在吸收层深处产生的光生载流子都在此处聚集而发生复合。因此，如何实现光生载流子在背界面的有效分离以减少背界面载流子复合，从而提高CZTS_xSe_1-x器件的开路电压是本领域亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池及其制备方法。

本发明的一个目的在于提供一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池，可实现光生载流子在背界面的有效分离，抑制背界面载流子非辐射复合，提高CZTSSe太阳能电池的开路电压。

本发明的又一个目的在于提供一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池的制备方法，通过原位制备引入高功函数层和隔离层，在获得高性能铜锌锡硫硒太阳能电池的同时，提高良品率并降低操作难度。

特别地，根据本发明的一方面，提供了一种具有背界面电场的铜锌锡硫硒太阳能电池，包括从下至上顺序堆叠的背电极、CZTS_xSe_1-x(0≤x≤1)吸收层、缓冲层、窗口层和顶栅电极；其特征在于

所述太阳能电池还包括从下至上顺序设置在所述背电极和所述CZTS_xSe_1-x吸收层之间的高功函数层和隔离层，所述高功函数层配置为诱导所述CZTS_xSe_1-x吸收层的能带向上弯曲以形成背界面电场，所述隔离层配置为抑制所述高函数层的材料在高温下与其他物质发生化学反应。