[发明专利]铜锌镉锡硫硒薄膜太阳电池光吸收层的制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及铜锌镉锡硫硒(CZCTSS)薄膜太阳电池光吸收层的制备方法。属于太阳电池能源领域。

背景技术

近年来太阳电池的发展极为迅速，2008年的装机容量达到了5948MW。但太阳电池真正实现大规模推广应用，取代传统化石能源成为未来能源构成的主流，还需大力开发新技术、研制新产品，以克服成本过高的缺点。

以p型铜锌镉锡硫硒(Cu₂Zn_xCd_1-xSnS_ySe_4-y，简写为CZCTSS)化合物半导体作为吸收层的薄膜太阳电池，使用的是资源丰富、廉价的元素。CZCTSS中的Cu、Zn、Sn和S元素在地壳中的丰度分别为60ppm、75ppm、2.3ppm和100ppm，足以支持TW级的光伏发电规模；而且CZCTSS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(可达10⁴cm^-1)，是薄膜太阳电池光吸收层的理想材料体系，因而具有广阔的发展前景。

目前，CZCTSS薄膜太阳电池光吸收层的制备工艺主要有以下三种：(1)真空蒸镀法(Th.M.Friedlmeier，N.Wieser，T.Walter，H.Dittrich and H.-W.Schock，Proceedings of the 14th European Conference of Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition，Belford(1997)，p.1242.)，(2)共溅射法(H.Katagiri，K.Jimbo，W.S.Maw，K.Oishi，M.Yamazaki，H.Araki，A.Takeuchi，Thin Solid Films 2009，517，2455.)，(3)电化学沉积法(J.Scragg，P.Dale and L.Peter，Electrochemistry Communications 10(2008)，p.639)。

本发明拟通过采用有机溶剂，制备CZCTSS有机胶体前驱液，然后通过非真空液相工艺制备成薄膜。已报道的制备方法相比，本发明提供的薄膜制备方法可以更加准确地控制CZCTSS薄膜中各元素的成分，方便地在CZCTSS薄膜中进行掺杂，可用于制备高性能CZCTSS薄膜太阳电池的光吸收层。这一点在与CZCTSS同器件结构的CIGS薄膜太阳电池中已经得到了的验证(黄富强，王耀明，铜铟镓硫硒薄膜太阳电池光吸收层的制备方法，申请号：PCT/CN2008/073805)。

发明内容

本发明目的在于提供一种CZCTSS薄膜太阳电池光吸收层的制备方法。本发明的特点是采用有机胶体溶液法，通过非真空工艺，制备CZCTSS薄膜。所提供的薄膜制备方法可以准确地控制CZCTSS薄膜中各元素的成分，也可以方便地在CZCTSS薄膜中进行掺杂，调节CZCTSS薄膜的光电性能。

一种CZCTSS薄膜太阳电池光吸收层的制备方法，其特征在于采用非真空有机胶体溶液法，具体包括以下工艺步骤：

(1)有机胶体源溶液的制备：按CZCTSS薄膜太阳电池光吸收层Cu_2-a(Zn_1-bCd_b)_1+cSn_1-cS_4-dSe_d(式中0≤a≤0.8，0≤b≤1，0≤c≤0.5，0≤d≤4)中铜、锌、镉、锡的化学计量比，将铜、锌、镉、锡的卤族化合物溶解于含有强配位基团的有机溶剂中，然后引入硫源和硒源，形成稳定的含铜、锌、镉、锡、硫、硒的有机胶体源溶液；

(2)CZCTSS前驱薄膜的制备：将步骤(1)有机胶体源溶液通过非真空液相工艺，在各种衬底上制备出前驱薄膜；

(3)CZCTSS薄膜的热处理：将步骤(2)所制备的CZCTSS前驱薄膜，经干燥，并退火后，形成目标CZCTSS化合物薄膜。

如上所述的CZCTSS薄膜太阳电池光吸收层的制备方法，其特征在于：

步骤(1)中所述的卤族化合物的通式为MX，其中，M为铜，X为氯、溴和碘中的一种或几种的混合；

步骤(1)中所述的卤族化合物的通式为MX₂，其中M为铜、锌、镉或锡，X为氯、溴和碘中的一种或几种的混合。