[发明专利]一种铜锌锡硫薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，还涉及所述铜锌锡硫薄膜在太阳能电池中的应用，属于光伏技术领域。

背景技术

作为被美国能源部和其他知名太阳能电池研究机构列为最有发展前景的薄膜太阳能电池技术，铜铟镓硒太阳能电池技术正凭借着其广泛的优势吸引着越来越多的研究人员和投资者。迄今为止，铜铟镓硒太阳能电池的效率在实验室中已经突破了20.3%，与单晶硅相当。同时，越来越多的公司、机构正在致力于这项技术的试生产和商业扩大化。然而，铜铟镓硒太阳能电池的工业化进程目前仍然落后于单晶硅太阳能电池和其他薄膜太阳能电池，例如碲化镉薄膜电池。目前铜铟镓硒太阳能电池实现大规模量产的最大障碍依然是其高昂的生产成本，因此整个行业迫切的需要寻找到一种有效方法来克服这一障碍，要将铜铟镓硒太阳能电池板的大规模量产成本降到1美元/瓦以下，只有用矿源丰富的锌、锡分别替代稀有元素铟、镓，从而可实现大幅度降低原材料成本。铜锌锡硫（硒）的物质结构与铜铟镓硒的物质结构完全一样，铜锌锡硫（硒）太阳能电池结构也与铜铟镓硒电池结构相同。

铜锌锡硫（硒）薄膜的制备方法分为真空和非真空方法。目前最成功方法是非真空的溶液法，其效率可达到11.1%，但由于使用有毒的联胺，对环境会造成很大的伤害。共蒸镀方法是最有效铜铟镓硒太阳能电池的生产方法，它能够获得最高效率20.3%的铜铟镓硒太阳能电池。由于铜锌锡硫（硒）有与铜铟镓硒同样的结构，用共蒸镀法可望获得高效率的铜锌锡硫（硒）太阳能电池。但结果并不如所望。与铜铟镓硒的共蒸发的研究成果相比，铜锌锡硫（硒）的共蒸发研究成果少而又少。这是因为锌锡的蒸汽压高，用常规的四源或三源共蒸发方法难以获得贫铜富锌的大颗粒晶形界面以及高质量的铜锌锡硫（硒）薄膜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用单源蒸镀工艺制备铜锌锡硫薄膜的方法，该方法能够获得高质量、高均匀度的薄膜。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）将沉积有钼层的衬底加热至300～400℃，调节电流至30～70mA，采用蒸镀法，蒸汽状的镀膜材料沉积在所述钼层上，得到第一层薄膜，所述第一层薄膜表面呈贫铜富锌状态；

（2）调节衬底的温度至400～600℃，调节电流至80～150mA，采用蒸镀法，沉积得到第二层薄膜，所述第二层薄膜表面呈富铜状态；

（3）保持衬底的温度为400～600℃，调节电流至20～70mA，采用蒸镀法，沉积得到第三层薄膜，所述第三层薄膜表面呈贫铜状态。

其中，所述镀膜材料为Cu₂ZnSnS₄粉末，所述Cu₂ZnSnS₄的原子数比为2:（0.5-1.5）:（0.5-1.5）:4。

其中，所述衬底为钠钙玻璃或不锈钢薄片或铝箔片或塑料片中的任意一种，所述塑料片优选聚酰亚胺类塑料或聚对苯二甲酸类塑料。

其中，所述钼层的厚度为200～1500nm。

上述方法制备的铜锌锡硫薄膜在太阳能电池中的应用。

有益效果：本发明通过控制电流的变化，有效的控制了薄膜的化学成分，使薄膜呈贫铜富锌或富铜贫锌状态，而采用单源三步法，可以使薄膜形成三明治结构，最终达到优化薄膜结构的目的，进而提高太阳能电池的效率，这是多源难以做到的，此外，该方法还可以实现大规模铜锌锡硫太阳能电池的一条龙生产。通过控制电流的变化，可以精确有效的控制薄膜成分，并且最后的薄膜不需要经过硫化处理，避免了有毒气体硫化氢对环境的污染，同时也缩短了生产时间、节约了加热成本，从而降低了产品的制造成本，进而提升了太阳能电池在各领域的广泛使用，如太空探险、单兵装备、乡村电气化以及建筑智能化等领域，从而促进薄膜太阳能电池更广泛的应用。

本发明方法简易，能够实现铜锌锡硫太阳能电池薄膜成分精确控制，保证薄膜的均匀性，优化薄膜结构，同时获得高效率的梯度和纳米域畴结构，降低昂贵的设备成本，可采用常规的蒸发仪进行太阳能电池的研发。

附图说明

图1为铜锌锡硫太阳能电池结构示意图；

6.基底；5.钼层；4.p-型铜锌锡硫吸收层；3.硫化镉或硫化锌缓冲层；2.本征氧化锌；1.透明导电氧化物窗口层；

具体实施方式