CN110611002A - 一种具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，包括以下步骤：在衬底上制备Mo金属电极；将所述Mo金属电极在浓度级别为mmol/L的磷酸根溶液中进行浸泡，然后以550℃退火30min，获得P掺杂的Mo电极；在所述P掺杂的Mo电极上形成金属预制层；对所述金属预制层进行后硒化处理或后硫化处理形成吸收层；在所述吸收层上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成本征氧化锌层和掺杂氧化锌层；以及形成顶电极。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池制备技术，具体涉及一种具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法。
背景技术
太阳能是绿色清洁的能源之一，在解决化石能源危机方面具有重要的作用。提高太阳电池器件效率和降低制造成本是大规模商业化应用太阳电池的主要研究方向。化合物薄膜太阳电池具有较高理论效率，吸光率高，材料消耗低等优势，是最有前景的太阳电池之一。目前商业化应用的太阳电池为CIGS和CdTe等，通常利用金属Mo作为器件的正电极。Mo化学性能稳定，功函数为4.6eV。高功函数的背电极有利于太阳电池中空穴的传输。提高背电极的功函数，可以显著优化太阳电池吸收层与背电极之间的势垒高度，提高器件效率。
Mo的功函数与铜锌锡硫硒(CZTSSe)等光伏材料的功函数不匹配，限制了器件效率的提升。而其他高功函数的电极如Au等，价格昂贵，不利于薄膜太阳电池的商业化应用。在CZTSSe太阳电池高温硒化制备时，硫或者硒会与Mo生成二硫(硒)化钼(MoS(e)2)，恶化器件的串联电阻，从而降低器件效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开一种P掺杂的Mo电极的制备方法，包括以下步骤：在衬底上制备Mo金属电极；将所述Mo金属电极在浓度级别为mmol/L的磷酸根溶液中进行浸泡，然后以550℃退火30min，获得P掺杂的Mo电极；在所述P掺杂的Mo电极上形成金属预制层；对所述金属预制层进行后硒化处理或后硫化处理形成吸收层；在所述吸收层上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成本征氧化锌层和掺杂氧化锌层；以及形成顶电极。
本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法中，优选为，所述磷酸根溶液是磷酸钠溶液、磷酸锂溶液、磷酸钾溶液、磷酸铷溶液或磷酸铯溶液。
本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法中，优选为，所述磷酸根溶液的浓度为3mmol/L～9mmol/L。
本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法中，优选为，所述Mo金属电极浸泡在磷酸根溶液中的时间为20min。
本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法中，优选为，所述吸收层材料为铜锌锡硒薄膜、铜锌锡硫硒薄膜或铜铟镓硒薄膜。
本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法中，优选为，所述缓冲层材料为CdS、ZnS、(Cd,Zn)S、Zn(O,S)或In2S3，厚度为30nm～100nm。
本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法中，优选为，所述缓冲层采用化学水浴法、原子层沉积法或蒸发法制备。
本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法中，优选为，所述顶电极为铝或者镍铝合金，厚度为0.5μm～4μm。
本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法中，优选为，所述本征氧化锌层的厚度为30nm～150nm，所述掺杂氧化锌的厚度为300nm～1500nm。
通过磷酸钠溶液(Na3PO4)处理，制备P掺杂的Mo电极，使Mo的功函数从4.6eV提高到5.6eV。P掺杂的Mo电极不仅提高了背电极的功函数，还抑制了MoS(e)2。磷酸钠溶液处理Mo电极制备P掺杂的Mo工艺简单，降低了太阳电池的制造成本。
附图说明
图1是本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法的流程图。
图2是本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池的结构示意图。
图3是为不同浓度Na3PO4溶液处理Mo金属电极的CZTSe薄膜太阳电池的效率图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
图1是本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法的流程图。图2中示出了具有P掺杂的Mo电极的太阳电池的结构示意图。如图1～2所示，在步骤S1中，在钠钙玻璃衬底100上采用磁控溅射方法制备Mo金属电极薄膜，薄膜厚度为1.5μm。
在步骤S2中，配制Na3PO4溶液，浓度分别为3mmol/L，6mmol/L和9mmol/L。将Mo金属电极薄膜分别加入到3mmol/L，6mmol/L，9mmol/L浓度的Na3PO4溶液中，浸泡处理20分钟。然后，将用不同浓度Na3PO4溶液处理后的Mo金属电极薄膜在550℃下高温退火30分钟，获得P掺杂的Mo金属电极101。
在步骤S3中，采用磁控溅射方法在经Na3PO4溶液处理后的Mo金属电极101上溅射铜锌锡金属预制层。
在步骤S4中，将金属预制层进行高温后硒化处理，获得铜锌锡硒(CZTSe)薄膜102作为吸收层。
在步骤S5中，利用化学水浴方法制备50nm厚的硫化镉(CdS)作为缓冲层103。
在步骤S6中，采用磁控溅射法制备本征氧化锌(i-ZnO)层104，薄膜厚度为50nm。采用直流磁控溅射方法制备掺铝氧化锌105，薄膜的厚度为500nm。
在步骤S7中，采用蒸发方法制备镍铝合金层作为顶电极106，厚度为0.5～4μm。
以上，针对本发明的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法的具体实施方式进行了详细说明，但是本发明不限定于此。各步骤的具体实施方式根据情况可以不同。此外，部分步骤的顺序可以调换，部分步骤可以省略等。例如，在一些实施方式中金属预制层还可以是铜铟镓。在一些实施方式中，还可以对金属预制层进行后硫化处理。在一些实施方式中，吸收层还可以是铜锌锡硫硒、铜铟镓硒等薄膜。在一些实施方式中，缓冲层还可以是ZnS、(Cd,Zn)S、Zn(O,S)、In2S等薄膜。缓冲层还可以采用原子层沉积法、蒸发法制备。在一些实施方式中，本征氧化锌薄膜厚度在30nm～150nm之间，掺杂氧化锌还可以是掺镓氧化锌薄膜、掺镁氧化锌薄膜，厚度在300nm～1500nm。
本发明通过磷酸钠溶液(Na3PO4)处理，制备P掺杂的Mo电极，使Mo的功函数从4.6eV提高到5.6eV，更高的Mo电极的功函数使太阳电池背接触由肖特基接触转变为欧姆接触，从而提升器件的开路电压。P掺杂的Mo电极不仅提高了背电极的功函数，还抑制了MoS(e)2。磷酸钠溶液处理Mo电极制备P掺杂的Mo工艺简单，降低了太阳电池的制造成本。为了进一步阐述本发明的技术效果，在图3示出了在不同浓度Na3PO4溶液处理的Mo金属电极的CZTSe薄膜太阳电池的效率图。从图3中可以看出，未经磷酸钠溶液处理的太阳电池的开路电压为346mV；经浓度为3mmol/L的Na3PO4溶液处理后的太阳电池的开路电压的400mV；经浓度为6mmol/L的Na3PO4溶液处理后的太阳电池的开路电压的390mV。经浓度为9mmol/L的Na3PO4溶液处理后的太阳电池的开路电压的370mV。实验验证了P掺杂Mo电极有效提高了太阳电池的开路电压。为提高Mo电极的功函数和大规模商业化应用化合物半导体薄膜太阳电池提供了一种低廉的处理工艺。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
在衬底上制备Mo金属电极；
将所述Mo金属电极在浓度级别为mmol/L的磷酸根溶液中进行浸泡，然后以550℃退火30min，获得P掺杂的Mo电极；
在所述P掺杂的Mo电极上形成金属预制层；
对所述金属预制层进行后硒化处理或后硫化处理形成吸收层；
在所述吸收层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成本征氧化锌层和掺杂氧化锌层；以及
形成顶电极。
2.根据权利要求1所述的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
所述磷酸根溶液是磷酸钠溶液、磷酸锂溶液、磷酸钾溶液、磷酸铷溶液或磷酸铯溶液。
3.根据权利要求1所述的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
所述磷酸根溶液的浓度为3mmol/L～9mmol/L。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
所述Mo金属电极浸泡在磷酸根溶液中的时间为20min。
5.根据权利要求1所述的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
所述吸收层材料为铜锌锡硒薄膜、铜锌锡硫硒薄膜或铜铟镓硒薄膜。
6.根据权利要求1所述的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
所述缓冲层材料为CdS、ZnS、(Cd,Zn)S、Zn(O,S)或In2S3，厚度为30nm～100nm。
7.根据权利要求6所述的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
所述缓冲层采用化学水浴法、原子层沉积法或蒸发法制备。
8.根据权利要求1所述的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
所述顶电极为铝或者镍铝合金，厚度为0.5μm～4μm。
9.根据权利要求1所述的具有P掺杂的Mo电极的太阳电池制备方法，其特征在于，
所述本征氧化锌层的厚度为30nm～150nm，所述掺杂氧化锌的厚度为300nm～1500nm。
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