[发明专利]太阳能电池铜锡硫薄膜吸收层、其制备方法及太阳能电池

说明书

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及太阳能电池铜锡硫薄膜吸收层、其制备方法及太阳能电池。本发明提供的铜锡硫薄膜吸收层的制备方法以含有醋酸铜、氯化亚锡和硫脲并以甲醇和乙醇为溶剂的前驱液为原料，采用高压气体喷雾热解法将前驱液雾化喷涂沉积于基底表面，再经退火处理制备得到。利用本发明提供的方法成功制备了结晶性能好、晶粒大小适宜、表面平整、均匀度高、具有优异的光学性能和电学性能、能够满足太阳能电池吸收层性能要求的铜锡硫薄膜，该方法具有原料廉价易得、利用率高、安全、对环境友好，无需真空制备工艺，适合大面积薄膜制备的优势，适用于太阳能薄膜电池的工业化生产。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及高压气体喷雾热解制备太阳能电池铜锡硫薄膜吸收层的方法。

背景技术

铜锌锡硫(Cu₂ZnSnS₄，CZTS)被认为是一种极具发展潜能的新型薄膜太阳电池材料，其光吸收系数大，并且禁带宽度约为1.45eV，与太阳光谱形成较佳的匹配。近年来，CZTS薄膜太阳电池被广泛地研究且取得了较大的进展。然而，作为四元化合物半导体，CZTS在制备过程中很容易产生二次相，如Cu₂S、SnS₂和Cu₂SnS₃等，对薄膜的光学、电学性能产生不利影响。相比而言，三元铜锡硫(Cu₂SnS₃，CTS)化合物元素种类少，组分比例更容易控制，并且CTS也是带隙值约为1.0eV的直接带隙半导体，其光吸收系数大，导电类型为P型，适宜作薄膜太阳电池的吸收层材料。CTS薄膜太阳电池的理论转换效率约为30％。

薄膜太阳能电池材料的薄膜材料的制备方法主要有金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、喷雾热解法等。MOCVD制备薄膜的沉积温度较低，沉积速率高，制备的薄膜均匀，与半导体工艺兼容，因此广泛地用于制备半导体材料。但由于MOCVD法所用的金属有机物源(MO源)为高蒸汽压的气体或液体，制备和提纯困难，且目前种类有限，使用和运输不便，在一定程度上限制了MOCVD的发展。为了克服MOCVD法的不足，研究人员一方面在研制新的MO源，另一方面在寻求一种既具有化学气相沉积法(CVD)的特点，又不需要MO源的方法。喷雾热解法(Spray Pyrolysis，SP法)随之产生。喷雾热解法在一定程度上结合了液相法和气相法薄膜制备技术的优点，制备过程无需真空条件、原料无毒且地壳储量丰富，具有较广泛的应用前景。喷雾热解法包括超声喷雾热解法和高压气体喷雾热解法，超声喷雾热解法采用昂贵的超声雾化设备，利用超声进行前驱液的雾化，虽然能够很好地保证制备薄膜的均匀性，但制备成本高，不适于广泛推广引用。高压气体喷雾热解法(载气流喷雾热解法)利用高压载体流使得前驱液雾化形成气溶胶，制备成本远低于超声喷雾热解法。然而，高压气体喷雾热解法制备CTS等多元化合物薄膜时，晶粒大小的均一性和薄膜表面的均匀度较低，进而影响了薄膜吸收层的光吸收率和光电转化效率。因此，亟需开发一种更为有效的获得薄膜性能优异的高压气体喷雾热解制备CTS薄膜吸收层的方法。

发明内容

为解决现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种高压气体喷雾热解制备太阳能电池铜锡硫薄膜吸收层的方法，该方法制备的铜锡硫薄膜吸收层的表面均匀度高，且生产成本低廉、工艺简单、对环境友好，适用于太阳能电池的产业化生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种太阳能电池的铜锡硫薄膜吸收层的制备方法，以含有醋酸铜、氯化亚锡和硫脲的前驱液为原料，采用高压气体喷雾热解法制备；所述前驱液以甲醇和乙醇为溶剂。