[发明专利]一种用于CZTS薄膜的旋涂装置及制备CZTS电池的方法

说明书

本发明公开了一种用于CZTS薄膜的旋涂装置，其可以减少CZTS薄膜上微裂纹的形成；本发明还公开了一种基于该旋涂装置制备CZTS电池的方法，制得的CZTS电池的CZTS薄膜微裂纹较少，改善电池性能。用于CZTS薄膜的旋涂装置，包括中空的外壳、可转动地设置在所述外壳内的用于吸合衬底的托盘，其特征在于：所述托盘内嵌设有电阻丝，所述电阻丝的两端分别固定连接有金属接触电极，所述旋涂装置还包括用于供电的主机、两个分别与所述主机的正负极固定相接的金属摩擦片，两个所述金属摩擦片固定设置在所述外壳内，其中一个所述金属摩擦片和其中一个所述金属接触电极保持接触且另一个所述金属摩擦片和另一个所述金属接触电极保持接触以在托盘转动时为所述电阻丝连续供电。

技术领域

本发明属于光伏领域，特别涉及一种制备CZTS薄膜的旋涂装置及基于该旋涂装置制备CZTS电池的方法。

背景技术

进入二十一世纪，随着社会现代化进程的加快，对能源的需要也随之增加，能源危机日趋凸显。作为缓解能源问题的重要手段之一，光伏发电技术近年得到了快速发展。其中传统晶硅太阳电池发展尤为迅速，但其发电成本仍然比较高，严重的限制了它的进一步发展。而薄膜太阳电池凭借低成本和重量轻等优势，越来越受到人们关注。目前技术比较成熟且已实现量产的是铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS），其量产效率高达21.7%，但是其中的铟、镓元素价格都过高，并没有体现薄膜电池的成本优势，同时硒元素有毒，因此研究人员多转向对铜锌锡硫薄膜太阳能电池（CZTS）的研究，该电池在兼具CIGS电池优势的同时，所用的四种元素，地壳储量高价格低廉且无毒，禁带宽度为1.48eV非常接近太阳电池吸收层的理想带隙1.5eV，其理论转换效率为32.4%，是很好的CIGS替代材料。

CZTS薄膜的制备方法有：磁控溅射法、热分解法、电子束蒸发法、旋涂法、刮涂法、喷雾热解法等。其中，磁控溅射法、热分解法、电子束蒸法制备铜锌锡硫吸收层薄膜具有如下缺点： CZTS中铜、锌、锡、硫四种元素的比例为2：1：1：4时，能够得到完美的锌黄锡矿结构，其光电响应效果最佳，然而这个比例在实际生产时不好控制；沉积过程需在高真空下进行，制备成本较高；速率较慢；CZTS结晶性较差。喷雾热解法、旋涂法等化学方法，制备工艺简单，成本低、元素比例相对好控制，是制备CZTS的首选方法。但也存在如下缺点：CZTS结晶性较差，很难制备出晶粒尺寸大且连续的铜锌锡硫吸收层薄膜；铜锌锡硫CZTS薄膜太阳能电池存在的主要问题是CZTS吸收层的结晶性一般较差，难以制备晶粒较大的薄膜，为了得到结晶性很好的薄膜，普遍采用高温热处理的方法，温度在400℃至600℃之间。但是，锡沸点较低高温容易流失，同时铜锌锡硫化合物在高温下会分解形成二元或三元杂相，影响电池效率。

一般旋涂法制备CZTS薄膜时，是将CZTS墨水旋涂到沉积有MO薄膜的玻璃衬底上，然后放在热盘上于空气中加热，重复此步骤多次，以获得铜锌锡硫吸收层薄膜。存在以下缺点：CZTS墨水在加热过程中由于有机溶剂的挥发以及薄膜中晶粒长大导致薄膜应力较大，会产生薄膜的收缩形成大量的微裂纹，严重影响CZTS电池性能。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足和问题，提出了一种用于CZTS薄膜的旋涂装置，其可以减少CZTS薄膜上微裂纹的形成；本发明还提供一种基于该旋涂装置制备CZTS电池的方法，制得的CZTS电池的CZTS薄膜微裂纹较少，改善电池性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于CZTS薄膜的旋涂装置，包括中空的外壳、可转动地设置在所述外壳内的用于吸合衬底的托盘，其特征在于：所述托盘内嵌设有电阻丝，所述电阻丝的两端分别固定连接有金属接触电极，所述旋涂装置还包括用于供电的主机、两个分别与所述主机的正负极固定相接的金属摩擦片，两个所述金属摩擦片固定设置在所述外壳内，其中一个所述金属摩擦片和其中一个所述金属接触电极保持接触且另一个所述金属摩擦片和另一个所述金属接触电极保持接触以在托盘转动时为所述电阻丝连续供电。

优选地，所述托盘由聚四氟乙烯或陶瓷制成。