[发明专利]一种制备Ag2ZnSnS4同质结薄膜电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ag₂ZnSnS₄同质结薄膜电池的方法。

背景技术

近年来，随着地球上石油和煤炭等化石燃料的逐渐耗尽以及环境污染严重，可再生能源的利用与开发显得越来越紧迫，其中，太阳能光伏发电将取之不尽的辐射到地面上的太阳能通过太阳电池等光伏器件的光电转换而源源不断地转变成为电能，已经成为可再生能源中最安全、最环保和最具潜力的竞争者。目前制约太阳能光伏发电产业发展的瓶颈在于成本较高和转换效率偏低。精选电池材料并优化组件设计与制作工艺，转换效率有望得到提升；而提高生产效率扩大产能，成本也会随之得到降低。目前在太阳能电池中广泛使用的是晶体硅太阳能电池，占全球太阳能市场的90％，目前单晶硅太阳能电池的实验室效率已经达到25.6％。与此同时，基于不同光伏材料和不同结构的诸多太阳能电池不断涌现。薄膜太阳能电池可以应用在柔性电池领域，并且使用材料较少，受到了广泛关注。目前研究较多的是Cu₂ZnSnS₄、Cu(In,Ga)Se₂、CdTe、GaAs等薄膜电池，但是由于一些有毒物质的使用，元素的稀缺导致的成本提高，这些电池并没有得到广泛的应用。因此需要开发新型的电池，既要降低成本又要避免有毒物质的使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中电池成本高、还需要使用有毒物质的技术问题，提供一种制备Ag₂ZnSnS₄同质结薄膜电池的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种制备Ag₂ZnSnS₄同质结薄膜电池的方法，其包括：提供SLG衬底；在所述SLG衬底上磁控溅射Mo靶材形成Mo电极层；在所述Mo电极层上依次溅射SnS、ZnS、Ag三种靶材，形成叠层AZT前驱体结构；在所述叠层AZT前驱体结构上共同溅射SnS、ZnS、Ag三种靶材，形成AZT前驱体薄膜；将所述AZT前驱体薄膜硫化退火，形成AZTS半导体薄膜；在所述AZTS半导体薄膜上溅射形成本征ZnO层；在所述本征ZnO层上溅射形成ITO层；在ITO层上蒸发制备银电极层，形成Ag₂ZnSnS₄同质结薄膜电池。

作为本发明的一个优选的实施例，所述Mo电极层的厚度为600nm，所述AZT前驱体薄膜的厚度为300nm，所述银电极层的厚度为150nm。

作为本发明的一个优选的实施例，在提供SLG衬底之前还包括步骤：对SLG玻璃依次用泡沫水，丙酮，乙醇和去离子水超生清洗，然后干燥。

作为本发明的一个优选的实施例，所述在所述SLG衬底上磁控溅射Mo靶材形成Mo电极层包括：将清洗干净的SLG衬底放入溅射腔体，采用磁控溅射单靶沉积方法，溅射靶材为Mo靶材，工作气体为99.999％浓度的氩气，工作气压为0.7pa，功率为90W制得Mo电极层。

作为本发明的一个优选的实施例，所述在所述Mo电极层上依次溅射SnS、ZnS、Ag三种靶材，形成叠层AZT前驱体结构包括：采用SnS，ZnS，Ag靶材按照顺序叠层溅射，将具有所述Mo电极层的SLG衬底放入溅射腔体，工作气体为99.999％浓度的氩气，工作压强为0.7Pa，SnS、ZnS、Ag三种靶材的功率分别为60W，90W，60W，溅射时间分别为80、75、15分钟，形成叠层AZT前驱体结构。

作为本发明的一个优选的实施例，所述在所述叠层AZT前驱体结构上共同溅射SnS、ZnS、Ag三种靶材，形成AZT前驱体薄膜包括：采用磁控溅射多靶共沉积方法，用SnS、ZnS、Ag三种靶材进行共溅，工作气体为99.999％浓度的氩气，工作压强为0.7Pa，SnS、ZnS、Ag三种靶材的功率分别为36W，90W，10W，溅射时间为5min，形成AZT前驱体薄膜。

作为本发明的一个优选的实施例，所述将所述AZT前驱体薄膜硫化退火，形成AZTS半导体薄膜包括：将具有AZT前驱体薄膜的SLG衬底放入有H₂S气氛的高温管式炉中，硫化退火温度为500℃，保持120min。

作为本发明的一个优选的实施例，所述在所述AZTS半导体薄膜上溅射形成本征ZnO层包括：采用磁控溅射单靶沉积方法将具有AZTS半导体薄膜的SLG衬底放入磁控溅射腔体，加热至80℃，以99.999％浓度的氩气作为工作气体，工作压强为0.7Pa，功率为60W，溅射25分钟形成本征ZnO层。