CN101452969B - 铜锌锡硫化合物半导体薄膜太阳能电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜锌锡硫化合物半导体薄膜太阳能电池的制备方法，该电池包括玻璃衬底，在玻璃衬底上依次沉积有金属背电极层、P型Cu2ZnSnS4(CZTS)吸收层、n型CdS缓冲层、透明导电氧化物薄膜窗口层。该方法包括P型Cu2ZnSnS4吸收层的特殊后处理。本发明的优点是将CZTS替代CIGS作为新型薄膜太阳电池吸收层材料。CZTS中的Zn和Sn元素在地壳中的丰度分别为75ppm和2.2ppm，资源丰富且因不含毒性成分而对环境友好，从而成为最具发展潜力的低成本、无污染的新型薄膜太阳电池。采用本发明的制备方法，能提高对光的吸收，增大Cu2ZnSnS4吸收层与CdS的直接接触面积，能提高电导率，减小串联电阻，提高电池的效率。

Description

铜锌锡硫化合物半导体薄膜太阳能电池及制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体薄膜太阳能电池，具体是指一种四元化合物铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)半导体薄膜太阳能电池。
背景技术
随着化石燃料逐渐枯竭及化石燃料燃烧引起的日趋严重的环境污染，太阳能电池作为一种清洁的、没有任何污染的能源正越来越受到世界各国的关注和极大的重视。太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳能直接转化为电能的器件。迄今为止，已研制出了很多种类的太阳能电池。包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池等。考虑到电池的成本，人们已经将注意的目光转向薄膜太阳能电池。目前用于薄膜太阳能电池的材料主要有pc-Si、CuInGaSe(CIGS)和CdTe。
CIGS是直接带隙的半导体材料，因此电池中所需的CIGS薄膜厚度很小(一般在2μm左右)。它的吸收系数非常高，太阳光谱响应特性非常大。该电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强，其光电转化效率目前是各种薄膜太阳电池之首，光谱响应范围宽，在阴雨天光强下输出功率高于其它任何种类太阳能电池，被国际上称为下一时代最有前途的廉价太阳能电池之一，有可能成为未来光伏太阳能电池的主流产品之一。
但是，CIGS最大的缺点就是In、Ga和Se都是稀有元素，在地球中的含量比较贫乏，且Se是有毒元素。这些都将最终限制CIGS薄膜太阳能电池的发展。
四元化合物半导体Cu2ZnSnS4(CZTS)具有黝锡矿结构，由于具有与太阳光谱非常匹配的直接带隙(1.4-1.5eV)和对可见光的高吸收系数(104cm-1)以及CZTS中Zn和Sn元素在地壳中的丰度分别为75和2.2ppm，资源丰富且因不含毒性成分，对环境友好，因此如果能将其替代CIGS薄膜太阳能电池的吸收层材料，那将是很有发展潜力的一种薄膜太阳能电池。
发明内容
本发明的目的就是要提出一种资源丰富且因不含毒性成分，对环境友好，高效低成本的铜锌锡硫化合物半导体薄膜太阳能电池的制备方法。
本发明的铜锌锡硫化合物半导体薄膜太阳能电池，包括：玻璃衬底，在玻璃衬底上依次沉积有金属背电极层、P型吸收层、n型CdS缓冲层、透明导电氧化物薄膜窗口层。
其制备步骤如下：
1.在玻璃衬底表面用磁控溅射或热蒸发沉积金属背电极层，金属背电极层为钼、金、铂材料中的一种。
2.用磁控溅射方法在金属背电极层上沉积P型Cu2ZnSnS4吸收层，厚度为500-3000纳米。
3.然后对P型Cu2ZnSnS4吸收层进行后处理。
4.继续在处理后的P型Cu2ZnSnS4吸收层上用磁控溅射方法或化学浴方法沉积n型CdS缓冲层，厚度为20-250纳米。
5.再采用真空蒸发法或磁控溅射方法在n型CdS缓冲层上沉积透明导电氧化物薄膜窗口层，透明导电氧化物薄膜窗口层为ITO、SnO2:F、ZnO:Al中的一种。
其特征在于，所说的步骤3的后处理步骤如下：
3A.将沉积好P型Cu2ZnSnS4吸收层样品放进真空退火炉中抽真空，然后通入N2+H2S气体，其中H2S气体含有5～20％，加热以5℃/min的速率使退火炉中的温度从室温升到550-600℃，保温2.5-3.5小时；然后以5℃/min的速率使炉温降至200℃，接着自然降至室温。
3B.对热处理好的P型Cu2ZnSnS4吸收层样品进行蚀刻，将样品放入去离子水或乙醇或氨水中浸泡10-30分钟，去掉Cu2ZnSnS4吸收层表面的金属氧化物颗粒。
本发明的优点在于：将CZTS替代CIGS作为新型薄膜太阳能电池吸收层材料。CZTS具有与太阳光谱非常匹配的直接带隙(1.4-1.5eV)和对可见光的高吸收系数(104cm-1)以及CZTS中Zn和Sn元素在地壳中的丰度分别为75和2.2ppm，资源丰富且因不含毒性成分，对环境友好，而成为最具发展潜力的低成本、无污染的新型薄膜太阳电池。采用本发明的制备方法，能提高对光的吸收，增大Cu2ZnSnS4吸收层与CdS的直接接触面积，能提高电导率，减小串联电阻，提高电池的效率。
附图说明
图1为本发明的铜锌锡硫化合物半导体薄膜太阳能电池的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作详细说明：
见图1，本发明的薄膜太阳能电池，包括：玻璃衬底1，在玻璃衬底上依次沉积有金属背电极层2，P型Cu2ZnSnS4吸收层3，n型CdS缓冲层4，透明导电氧化物薄膜窗口层5。
本实施例的制备工艺如下：
1.在玻璃衬底1表面用磁控溅射法沉积金属金背电极层2。接着在背电极层上沉积P型Cu2ZnSnS4吸收层3，厚度为2000纳米。
2.然后对P型Cu2ZnSnS4吸收层3进行后处理，后处理具体步骤如下：
2A.Cu2ZnSnS4吸收层3的硫化后处理是在真空退火炉中进行的。首先将沉积好的Cu2ZnSnS4吸收层样品放进真空退火炉中抽真空，然后通入N2+H2S，其中H2S气体含有15％。再加热以5℃/min的速率使退火炉中的温度从室温升580℃，保温3个小时；然后也以5℃/min的速率使温度降至200℃，接着自然降至室温。
2B.Cu2ZnSnS4吸收层的蚀刻，退火硫化后必须经过蚀刻才能进行电池的下一步工艺。将Cu2ZnSnS4吸收层样品放入氨水中浸泡20分钟，择优侵蚀后，Cu2ZnSnS4吸收层表面的金属氧化物颗粒容易溶解在溶液中，这样能提高对光的吸收，增大Cu2ZnSnS4吸收层与CdS的直接接触面积，能提高电导率，减小串联电阻，提高电池的效率。
3.继续用化学浴方法在处理后的P型Cu2ZnSnS4吸收层3上沉积n型CdS缓冲层4，厚度为150纳米。
4.采用真空蒸发法或磁控溅射方法在n型CdS缓冲层4上沉积透明导电氧化物ZnO:Al薄膜窗口层5，薄膜太阳能电池制备完成。

Claims (1)

1.一种铜锌锡硫化合物半导体薄膜太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
A.在玻璃衬底表面用磁控溅射或热蒸发沉积金属背电极层，金属背电极层为钼、金、铂材料中的一种；
B.用磁控溅射方法在金属背电极层上沉积P型Cu2ZnSnS4吸收层，其厚度为500-3000纳米；
C.然后对P型Cu2ZnSnS4吸收层进行后处理；
D.继续在处理后的P型Cu2ZnSnS4吸收层上用磁控溅射方法或化学浴方法沉积n型CdS缓冲层，厚度为20-250纳米；
E.再采用真空蒸发法或磁控溅射方法在n型CdS缓冲层上沉积透明导电氧化物薄膜窗口层，透明导电氧化物薄膜窗口层为ITO、SnO2:F、ZnO:Al材料中的一种；
其特征在于，所说的步骤C的后处理步骤如下：
C1.将沉积好P型Cu2ZnSnS4吸收层样品放进真空退火炉中抽真空，然后通入N2+H2S气体，其中H2S气体含有5～20％，加热以5℃/min的速率使退火炉中的温度从室温升到550-600℃，保温2.5-3.5小时；然后以5℃/min的速率使炉温降至200℃，接着自然降至室温；
C2.对热处理好的P型Cu2ZnSnS4吸收层样品进行蚀刻，将样品放入去离子水或乙醇或氨水中浸泡10-30分钟，去掉Cu2ZnSnS4吸收层表面的金属氧化物颗粒。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101659394B (zh) * 2009-09-17 2012-05-30 上海交通大学 铜锌锡硫纳米粒子的制备方法
JP2013512173A (ja) 2009-11-25 2013-04-11 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 銅亜鉛硫化スズの調製
KR101094326B1 (ko) * 2009-12-15 2011-12-19 한국에너지기술연구원 태양전지용 Ｃｕ－Ｉｎ－Ｚｎ－Ｓｎ－（Ｓｅ，Ｓ）계 박막 및 이의 제조방법
CN101794826B (zh) * 2010-02-05 2011-12-28 合肥工业大学 铜锌锡硫四元化合物及其构成的薄膜太阳电池及制备方法
CN101847669B (zh) * 2010-03-05 2012-05-30 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种ⅰ2-ⅱ-ⅳ-ⅵ4基薄膜太阳电池
CN101771106B (zh) * 2010-03-05 2011-10-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 铜锌镉锡硫硒薄膜太阳电池光吸收层的制备方法
CN101792175B (zh) * 2010-03-11 2012-10-10 山东大学 可调禁带宽度的Cu-Sn-Zn-S半导体材料及其制备方法
CN101866967B (zh) * 2010-04-30 2011-11-30 华中科技大学 太阳能电池
CN101824638B (zh) * 2010-05-06 2012-12-19 深圳丹邦投资集团有限公司 一种电化学沉积铜锌锡硒半导体薄膜材料的方法
CN101838788A (zh) * 2010-05-06 2010-09-22 深圳丹邦投资集团有限公司 一种原位生长Cu2SixSn1-xS3光伏薄膜的方法
CN101840942A (zh) * 2010-05-19 2010-09-22 深圳丹邦投资集团有限公司 一种薄膜太阳电池及其制造方法
US8366975B2 (en) * 2010-05-21 2013-02-05 E I Du Pont De Nemours And Company Atypical kesterite compositions
US8119513B1 (en) * 2010-11-22 2012-02-21 General Electric Company Method for making cadmium sulfide layer
CN103094373B (zh) * 2011-03-25 2016-02-17 南京航空航天大学 Cu2ZnSnS4/a-Si异质结太阳能电池及其制备方法
CN102181847A (zh) * 2011-04-14 2011-09-14 山东大学 一种醇热沉积铜锌锡硫薄膜的方法
CN102251235B (zh) * 2011-07-07 2013-03-13 中南大学 一种铜锌锡硫薄膜的制备方法
US9368660B2 (en) * 2011-08-10 2016-06-14 International Business Machines Corporation Capping layers for improved crystallization
CN102306685B (zh) * 2011-09-20 2013-03-06 湛江师范学院 一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的低成本制备方法
CN102569443A (zh) * 2012-01-04 2012-07-11 范东华 一种可调带隙铜锌锡硫半导体薄膜及其制备方法
WO2013129045A1 (ja) * 2012-02-27 2013-09-06 株式会社日本マイクロニクス Ｃｚｔｓ系太陽電池用合金の作製方法
CN102610673A (zh) * 2012-03-23 2012-07-25 华东师范大学 一种铜锌锡硫化合物薄膜太阳能电池及其制备方法
CN102709393A (zh) * 2012-06-06 2012-10-03 成都先锋材料有限公司 用铜锌锡硫化合物单一靶材制备薄膜太阳能电池的方法
CN102856398A (zh) * 2012-07-25 2013-01-02 中国科学技术大学 铜锌锡硒太阳能电池及其制造方法
CN103219420B (zh) * 2013-03-26 2016-01-27 无锡舒玛天科新能源技术有限公司 一种用四元素合金靶材制备铜锌锡硫薄膜的方法
CN103400895B (zh) * 2013-07-18 2016-01-27 深圳先进技术研究院 一种铜锌锡硫太阳能电池吸收层薄膜的制备方法
CN103956406B (zh) * 2014-04-16 2016-04-13 渤海大学 一种superstrate结构铜锌锡硫太阳电池的非真空制备方法
CN105304763A (zh) * 2015-11-10 2016-02-03 云南师范大学 全真空法制备铜锌锡硫薄膜太阳电池的方法
CN106024963B (zh) * 2016-07-20 2017-08-25 福州大学 一种提高铜锌锡硫/硫化铟太阳能电池效率的方法
CN108277467A (zh) * 2018-02-08 2018-07-13 中南大学 Cu2BaSn(SxSe1-x)4薄膜材料的制备方法
CN108342702A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 中南大学 Cu2SrSn(SxSe1-x)4薄膜材料的制备方法
CN110634986A (zh) * 2018-06-22 2019-12-31 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 一种太阳能电池组件制备工艺
CN110026325B (zh) * 2019-03-26 2022-04-26 岭南师范学院 一种单晶颗粒薄膜及其气体传感器的制备方法
CN110174973B (zh) * 2019-06-18 2022-10-25 京东方科技集团股份有限公司 显示装置、显示面板及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1851934A (zh) * 2006-05-26 2006-10-25 华东师范大学 一种铜铟硒CuInSe2太阳能电池及其制备方法
CN101101939A (zh) * 2007-07-25 2008-01-09 北京科技大学 一种制备Cu2ZnSnS4薄膜太阳能电池吸收层的工艺
CN101313411A (zh) * 2005-10-13 2008-11-26 本田技研工业株式会社 太阳能电池及其制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101313411A (zh) * 2005-10-13 2008-11-26 本田技研工业株式会社 太阳能电池及其制造方法
CN1851934A (zh) * 2006-05-26 2006-10-25 华东师范大学 一种铜铟硒CuInSe2太阳能电池及其制备方法
CN101101939A (zh) * 2007-07-25 2008-01-09 北京科技大学 一种制备Cu2ZnSnS4薄膜太阳能电池吸收层的工艺

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