[发明专利]铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池及其制备方法。所述铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，包括Mo玻璃基底以及依次沉积在所述Mo玻璃基底上的铜锌锡硫硒膜层、CdS缓冲层、ZnO窗口层、ITO透明电极层和Ag栅电极。其中，CZTSSe薄膜是由CZTS前驱膜经硒化处理获得的。本发明采用超声喷雾法制备CZTS前驱膜，与目前普遍采用的旋涂法制备的CZTSSe薄膜太阳能电池相比，对薄膜厚度、均匀性、结晶性的调控更加精确，有利于降低复合、提升电池的转换效率。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及到一种超声喷雾法制备铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着能源和环境问题日趋严峻，将太阳能转换成电能的太阳能电池成为各国科学界研究的热点和产业界开发的重点。太阳能电池是基于半导体材料的器件。目前多种太阳能电池已经发展起来，如商业化太阳能电池(如晶硅、砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒电池)，和处于研究阶段的各类新型太阳能电池(包括钙钛矿电池、铜锌锡硫(硒)电池、有机太阳能电池和量子点电池等)。其中，铜锌锡硫(硒)(CZTS(Se))薄膜太阳能电池以其直接带隙材料、高吸光系数、高稳定性、组成元素在地球上含量丰富、安全无毒而受到关注。

CZTSSe薄膜太阳能电池主要由钠钙玻璃基底、钼背电极、吸收层、缓冲层、窗口层、透明电极层及金属栅电极构成。为了提高电池效率，目前的研究工作集中在如何提高CZTS(Se)薄膜质量，包括：对前驱膜硒化条件的探索和优化，发展掺杂、调控元素配比等方法和技术。

目前，CZTS(Se)薄膜的制备方法大致可以分为真空法和非真空法(J.Ramanujam,U.P.Singh,Energy Environ.Sci.2017,10,1306.)。真空法主要包括蒸发法(evaporation)和溅射法(sputtering)。而非真空的溶液法(如旋涂法、狭缝印刷等)因其操作简便、制备成本低廉等优点而得到了快速发展。此类电池最高效率12.6％就是基于溶液法实现的(W.Wang and D.B.Mitzi et al.,Adv.Energy Mater.,2014,4,1301465)。

事实上，发展新型CZTS(Se)薄膜制备方法对于提高CZTS(Se)薄膜质量和电池效率乃至促进其大规模应用也是非常重要。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，包括Mo玻璃基底以及依次沉积在所述Mo玻璃基底上的铜锌锡硫硒膜层、CdS缓冲层、ZnO窗口层、ITO透明电极层和Ag栅电极。

根据本发明提供的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，其中，所述铜锌锡硫硒(CZTSSe)膜层的厚度可以为800～4000nm，优选为2000～3000nm。

优选地，所述CZTSSe膜层由CZTSSe颗粒构成，所述CZTSSe颗粒的粒径为400～1000nm，优选为500～800nm。

根据本发明提供的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，其中，所述Mo玻璃基底包括钠钙玻璃基底以及沉积在所述钠钙玻璃基底上的Mo膜层。所述Mo膜层的厚度可以为300～1500nm，优选为500～1000nm。

根据本发明提供的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，其中，所述CdS缓冲层的厚度可以为10～100nm，优选为40～60nm；所述ZnO窗口层的厚度可以为30～100nm，优选为50～80nm；所述ITO透明电极层的厚度可以为300～1200nm，优选为500～800nm；所述Ag栅电极的厚度可以为80～300nm，优选为100～200nm。

本发明还提供了一种铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的制备方法，该方法包括在Mo玻璃基底上形成铜锌锡硫硒(CZTSSe)膜层。