[发明专利]一种CZTS太阳能电池

说明书

本发明公开了一种具有较高的转换效率的CZTS太阳能电池。一种CZTS太阳能电池，包括层叠设置的基板、阻挡层、导电背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层，其特征在于：所述吸收层为CZTS可调带隙吸收层，所述CZTS可调带隙吸收层中Cu/(Zn+Sn)的原子百分比在0.8~0.95之间，Zn/Sn的原子百分比在1.0~1.5之间。吸收层中Cu/(Zn+Sn)的原子百分比在0.8~0.95之间，Zn/Sn的原子百分比在1.0~1.5之间，采用V型带隙结构，改善开路电压和短路电流，从而提高CZTS太阳能电池的转换效率。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，特别涉及一种CZTS太阳能电池。

背景技术

当前太阳能电池发展的主要目标是低成本，高转换效率，制造工艺简单，适合大规模生产。目前研究较多的CdTe、CuInGaSe₂（铜铟镓硒）等直接带隙结构的薄膜太阳能电池虽然具有高的吸收系数和转换效率、能减少材料的使用、节约成本，但是Cd、Se的毒性，以及稀有金属In和Ga的使用，限制了这些电池的大规模商业化生产和应用。Cu₂ZnSnS₄（铜锌锡硫，以下简称CZTS）薄膜太阳能电池越来越受到人们的关注。

CZTS太阳能电池具有以下优点：（1）禁带宽度为1.50ev左右，满足半导体太阳能电池所需的最佳禁带宽度1.4~1.6ev；(2)在紫外-可见波段具有宽的吸收带，吸收系数高达104cm^-1；(3)组成元素铜、锌、锡、硫地球储量丰富，不含贵金属In、Ga等；（4）不含有毒元素Cd、Se等，符合绿色能源的环境要求；（5）与CIGS（CuIn_(1-x)Ga_xSe₂的简称）相似，有高的转换效率，理论转换效率达到32.2%。故CZTS已成为替代CIGS吸收层的最佳材料。

2010年以部分硒化的CZTS太阳能电池的转换效率达到9.6%，2012年SolarFrontie转换效率达到的11.1%，2014年最高效率达到12.6%。但是与CIGS的20.5%转换效率相比，CZTS太阳能电池转换效率还有很大差距。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足和问题，提出了一种具有较高的转换效率的CZTS太阳能电池。

本发明采用的技术方案如下：

一种CZTS太阳能电池，包括层叠设置的基板、阻挡层、导电背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层，其特征在于：所述吸收层为CZTS可调带隙吸收层，所述CZTS可调带隙吸收层中Cu/(Zn+Sn)的原子百分比在0.8~0.95之间，Zn/Sn的原子百分比在1.0~1.5之间。

优选地，该CZTS太阳能电池包括依次层叠的三层所述吸收层，第一层吸收层的厚度为100~200nm，层叠在第一层吸收层上的第二层吸收层的厚度为800~1500nm，层叠在第二层吸收层上的第三层吸收层的厚度为50~100nm，所述缓冲层层叠在第三层吸收层上。

优选地，所述吸收层采用预先配置的圆柱靶在400~600℃通过交流磁控溅射生成。

优选地，该CZTS太阳能电池还包括层叠在所述导电背电极层上的钠掺杂层以及层叠在所述钠掺杂层上的钠保护层，所述钠掺杂层中钠的质量百分比为0.01~0.15%。

更优选地，所述钠掺杂层由钠质量百分比为0.1~3%的钼钠靶材通过直流磁控溅射生成，所述钠保护层由钼层通过直流磁控溅射生成。

优选地，所述阻挡层有Ti/Zr靶材通过直流磁控溅射生成，所述导电背电极层采用钼层，直流磁控溅射生成。

优选地，所述缓冲层由ZnS靶材通过直流磁控溅射生成。

优选地，所述窗口层由ZnO靶材通过磁控溅射生成。