[发明专利]CZTS太阳电池的PN结及CZTS太阳电池器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏器件制备技术领域，特别是涉及一种CZTS太阳电池的PN结的制备方法及一种CZTS太阳电池器件的制备方法。

背景技术

铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄），及铜锌锡硒（Cu₂ZnSnSe₄）具有与太阳光谱非常匹配的禁带宽度以及很高的吸收系数，并且其各元素来源丰富、价格低廉、不含有毒材料，很适合做为太阳电池的光吸收层材料。CZTS薄膜和CZTSe薄膜太阳电池（统称为CZTS太阳电池）已经成为当今光伏领域的热点研究领域，很有可能是未来高效、低成本、无毒光伏电池的主流产品。

CZTS太阳电池的主要制备工艺路线是：在低温条件下利用磁控溅射、共蒸发、电沉积、溶液法等方法制备出铜锌锡硫或者铜锌锡硒前驱体，然后高温退火。所谓高温退火，是将该前驱体置于高温状态下，使前驱体内的原子发生化学反应、并生成结晶，得到多晶态的CZTS薄膜或CZTSe薄膜。然后直接在生长好的CZTS薄膜或CZTSe薄膜层上沉积硫化镉(CdS)，形成CdS缓冲层，再溅射法生长本征氧化锌（i-ZnO）和掺铝氧化锌（AZO）分别形成本征ZnO层和AZO层、最后采用电子束蒸发制作镍-铝（Ni-Al）电极后就成为了薄膜太阳电池器件，其中，CZTS薄膜或CZTSe薄膜形成P型层，CdS缓冲层形成N型层，ZnO层形成N型层，CZTS薄膜或CZTSe薄膜、CdS缓冲层、ZnO层和AZO层组成太阳电池的PN结。

PN结是太阳电池的核心结构，目前PN结的制备方法是在衬底上生长P型CZTS薄膜或CZTSe薄膜后直接在上面生长N型层（CdS、ZnO），最后在ZnO层上形成AZO层。由于生长得到的P型CZTS薄膜或CZTSe薄膜在远离衬底的表面结构一般都是很粗糙的，为了降低漏电流，必须生长较厚（80～100nm）的n型CdS缓冲层，其结果导致器件的输出电流偏小；并且由于SnS及SnSe的挥发特性，CZTS薄膜或CZTSe薄膜远离衬底的表面层组分会较大偏离化学配比。实验表明，CZTS薄膜远离衬底的表面由于硫化锡（SnS）的挥发，常常残留有二元相，如硫化锌（ZnS）、硫铜化合物（Cu_2-xS）等。由于ZnS具有很大的电阻率，当器件中有残留的一层ZnS时，相当于增大了器件的串联电阻，降低了器件的填充因子；而Cu_2-xS是一种电阻率很低的材料，如果器件中有一层Cu_2-xS，将会增大复合几率，增大漏电，降低开路电压和并联电阻，影响填充因子，从而降低电池效率。同样，CZTSe薄膜远离衬底的表面由于SnSe的挥发也会带来与CZTS薄膜类似的问题，从而也降低电池效率。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高电池效率的CZTS太阳电池的PN结的制备方法。

进一步，提供一种能够制备高效率电池的CZTS太阳电池器件的制备方法。

一种CZTS太阳电池的PN结的制备方法，包括如下步骤：

提供层叠有第一钼背电极层的第一衬底，制备层叠于所述第一钼背电极层上的前驱体，所述前驱体为铜锌锡硫薄膜前驱体或铜锌锡硒薄膜前驱体；

将所述前驱体进行高温退火，形成层叠于所述第一钼背电极层上的吸收层薄膜，所述吸收层薄膜为铜锌锡硫薄膜太阳电池光吸收层或铜锌锡硒薄膜太阳电池光吸收层；

制备层叠于所述吸收层薄膜上的第二钼背电极层；

提供第二衬底，并用粘胶将所述第二衬底粘结在所述第二钼背电极层上；及

分离所述第一衬底和第二衬底，使所述吸收层薄膜与所述第一钼背电极层分离，制备依次层叠于所述吸收层薄膜的远离所述第二钼背电极层的表面上的硫化镉缓冲层、本征氧化锌层和掺铝氧化锌层，得到CZTS太阳电池的PN结。

在其中一个实施例中，所述制备层叠于所述吸收层薄膜上的第二钼背电极层的步骤之前还包括：在所述吸收层薄膜的远离所述第一钼电极层的表面上涂覆光刻胶形成P1划槽的光刻胶掩膜，再采用溅射法将钼溅射于所述光刻胶掩膜的表面上，然后除去光刻胶，得到具有P1划槽的所述第二钼背电极层；

所述制备依次层叠于所述吸收层薄膜的远离所述第二钼背电极层的表面上的硫化镉缓冲层、本征氧化锌层后，在制备所述掺铝氧化锌层之前还包括制备P2划槽的步骤，所述P2划槽断开所述本征氧化锌层、硫化镉缓冲层和吸收层薄膜，以便在制备所述掺铝氧化锌层时可以触及所述第二钼背电极层；以及