[发明专利]一种新型大晶粒ACZTS吸收层的制备方法

说明书

本发明涉及一种制备大晶粒ACZTS吸收层的方法，属于薄膜太阳电池技术领域，对镀双层结构Mo背电极的钠钙玻璃衬底进行清洗；用电解质溶液在双层结构的Mo背电极上沉积Ag层并进行超声处理；以(CH₃COO)₂Cu·H₂O、ZnCl₂、SnCl₂·2H₂O、CH₄N₂S为溶质，以二甲基甲酰胺为溶剂，配置沉积Ag层所需的前驱体溶液；前驱体溶液通过旋涂法在Ag层上制备前驱体薄膜；在N₂气氛下，将前驱体薄膜放置在退火炉中进行退火处理，制备大晶粒(Ag_x,Cu_1‑x)₂ZnSnS₄吸收层。Ag的掺入有利于减少光生载流子的复合几率；改善CZTS薄膜的致密程度和结晶程度，提高了CZTS吸收层在Mo上的附着能力，减少了CZTS吸收层底部的细碎晶粒，减少了界面处晶界的复合程度。

技术领域

本发明属于薄膜太阳电池技术领域，具体涉及的是一种电化学沉积法与溶胶凝胶法相结合制备大晶粒ACZTS（(Ag_x,Cu_1-x)₂ZnSnS₄）吸收层 的方法。

背景技术

太阳能电池已经有成熟的工业化生产技术，其中薄膜太阳能电池，如碲化镉(CdTe)、铜铟硒化物(CIS)、铜铟镓硒化物(CIGS)薄膜太阳能电池，已经商业化。然而，由于其成分中含有有毒和昂贵的元素，重金属Cd是有毒元素并且不属于环境友好型，而In和Ga是稀有元素并且价格昂贵，这些都极大地限制了CdTe、CIS和CIGS薄膜太阳能电池的进一步发展。因此，寻找一种新的替代材料成为了研究热点，其没有毒性和稀有元素成分，并在地球上储量丰富环境友好和充足。

Cu₂ZnSnS₄(CZTS)作为一种四元半导体化合物，CZTS具有可在1.4~1.57 eV之间调节的直接带隙，光吸收系数大于10⁴ cm^-1。其组成元素在地球上是无毒的，低成本的，储量丰富的。

CZTS吸收层可以通过溅射法、蒸发法、喷雾热解法、电化学沉积法和溶胶凝胶法等多种技术制备。其中电化学沉积法和溶胶凝胶法，由于其低成本、绿色无毒、不需要真空条件、易工业化生产等优点，受到了众多科研人员的青睐。

目前，溶胶凝胶法制备了最高效率为12.6 %的CZTS薄膜太阳能电池，然而远远落后于32 %的理论转换效率。制约CZTS薄膜太阳能电池效率进一步提高的主要因素有：（1）CZTS作为一种四元半导体化合物，其单一相极不稳定，很容易生成各种缺陷、杂项，影响其薄膜结晶程度，致使CZTS晶粒细碎，增加了光生载流子的复合几率，降低了其光电转换效率。（2）由于CZTS吸收层与Mo背电极的界面状态和热膨胀系数有很大的不同，容易生成中间层MoS，不利于CZTS吸收层附着在Mo背电极上，易在CZTS/Mo界面处形成杂项，致使CZTS晶粒细碎，在晶界处降低少数载流子的寿命，进而影响其光电转换效率。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电化学沉积法与溶胶凝胶法相结合制备大晶粒ACZTS吸收层的方法，通过对电池结构中的CZTS吸收层进行改善，进而提升CZTS薄膜太阳电池的效率。本发明中所述的ACZTS为(Ag_x,Cu_1-x)₂ZnSnS₄的简称。