[发明专利]柔性CIGS薄膜太阳电池中无镉缓冲层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种关于柔性CIGS薄膜太阳电池中无镉缓冲层的制备方法。

背景技术

柔性CIGS薄膜太阳电池中，缓冲层位于吸收层与窗口层之间的关键位置，对电池效率有非常关键的作用。目前实验室获得最高效率的CIGS薄膜太阳电池是采用硫化镉为缓冲层。然而由于镉是重金属，镉离子的环境污染问题限制了其进一步的开发应用。同时硫化镉薄膜的禁带宽度只有2.4eV，对电池吸收层短波响应有一定影响。因此开发无镉的柔性CIGS太阳电池成为了全球的热点。硫化锌是目前最有希望代替硫化镉的缓冲层材料，硫化锌比硫化镉的带隙略宽(其禁带宽度为3.5-3.8eV)，与CIGS吸收层有更好的光谱匹配性，更重要的是硫化锌不存在环境污染。

基于目前CIGS太阳电池自下而上的器件组装工艺，缓冲层的制备是在CIGS吸收层之后，即硫化锌缓冲层需要在CIGS吸收层表面成膜。就样就限制了许多较成熟的薄膜制备工艺不能用于CIGS太阳电池缓冲层的制备。如磁控溅射、物理气相沉积等由于工艺过程中存在高能离子流或高温，这些过程会对CIGS吸收层薄膜产生严重的负面影响。因此在缓冲层制备中，最具优势的是化学水浴沉积法。该法不仅工艺简单、制备面积大、成本低、设备简单、不要求真空系统、沉积温度较低，可生长出稳定性好、质量高的多晶或非晶半导体薄膜，更重要的是制备硫化锌缓冲层的过程是环境友好的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硫化锌薄膜制备的方法，制得高质量的缓冲层薄膜以保证整个柔性CIGS薄膜太阳电池的转化效率，包括如下步骤：

步骤一，在柔性衬底上依次沉积阻挡层、背电极层和CIGS吸收层；

步骤二，配制好含有锌源、硫源、络合剂和缓冲剂的溶液，形成反应溶液；

步骤三，将样品置于反应溶液中，搅拌加热开始进行制膜；

步骤四，将样品非沉积面擦拭掉，干燥后备用。

在优选的实例中，步骤一中的柔性衬底为不锈钢衬底，阻挡层为铬，背电极层为钼。

在优选的实例中，步骤二中的锌源为醋酸锌、硫酸锌、氯化锌和硝酸锌的其中之一，优选醋酸锌，浓度为0.015-0.040mol/L；硫源为硫脲、硫化钠及硫代乙酰胺的其中之一，优选硫脲，浓度为0.02-0.04mol/L；络合剂为柠檬酸钠、酒石酸、氨水及水合肼的其中之一，优选柠檬酸钠和酒石酸，浓度分别为0.01-0.03mol/L、0.010-0.030mol/L；缓冲盐溶液包括氨水、醋酸氨、氯化铵、硝酸氨及硫酸铵的至少其中之一，优选氨水；反应溶液的pH值为9.5-10.5。

在优选的实例中，步骤三中反应温度为75-85℃，沉积时间为30-90min，搅拌采用磁力搅拌或超声振荡。

在优选的实例中，步骤四中擦拭非沉积面的为稀酸，优选稀盐酸；干燥为高纯氮气干燥。

在优选的实例中，由此方法制备出的硫化锌薄膜厚度为50-100nm。

附图说明

图1为本发明硫化锌薄膜制备方法的流程图。

图2为本发明硫化锌薄膜制备的简易装置示意图(磁力搅拌控制)。其中，1-磁力搅拌控制与加热器；2-支架装置；3-酸度计；4-固定衬底的夹子；5-热电偶；6-衬底；7-支架；8-磁子；9-反应溶液；10-水。

图3为本发明硫化锌薄膜制备的简易装置示意图(超声振荡控制)。其中，1-支架装置；2-酸度计；3-固定衬底的夹子；4-衬底；5-热电偶；6-反应溶液；7-超声发生器；8-水；9-水浴加热装置。

具体实施方式

以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明。

参阅附图1，为本发明硫化锌薄膜制备方法的流程图。如图1，本发明的硫化锌缓冲层的制备，首先由步骤S1开始，即首先在清洗好的不锈钢衬底上依次沉积阻挡层、背电极层和CIGS吸收层。接着进行步骤S2，配制含有锌源、硫源、络合剂和缓冲剂的反应溶液，其中最优的各物质配比为：醋酸锌浓度为0.025mol/L，硫脲浓度为0.03mol/L，络合剂为柠檬酸钠0.02mol/L和酒石酸0.018mol/L，用氨水调节反应溶液pH值至9.5-10.5。在步骤S3中，将样品在烘箱中烘干，趁热迅速放入反应溶液中，开始对反应溶液进行加热，此过程需要超声或者磁力搅拌。30-90min后进行步骤S4，将非沉积面用稀盐酸擦拭，纯水洗净。最后在步骤S5中，再用高纯氮气将其吹干，以备以后后续工艺使用。