[发明专利]一种锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫太阳能电池吸收层制备方法

说明书

本发明公开了一种锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫太阳能电池吸收层制备方法，其特点是该方法包括：将硫酸铜、硫酸锌、硫酸亚锡、硫代硫酸钠、柠檬酸钠和酒石酸钾等化学试剂按一定摩尔比溶解于去离子水溶液中；然后在金属钼背电极上电化学沉积四元铜锌锡硫预制层；再将预制层与锑源粉末进行硫化退火；最后获得到上述锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层材料。本发明与现有技术相比具有光电性能得到大幅度的提高等优点，较好的解决了电化学沉积铜锌锡硫薄膜太阳能吸收层掺杂的技术难题，通过调控硫化退火过程中锑源的量即可对铜锌锡硫薄膜中锑元素进行精准控制，制备工艺简单，重复性好，成本低廉，具有较好的研究与推广利用价值。

技术领域

本发明涉及半导体材料与太阳能技术领域，尤其是一种锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫太阳能电池吸收层制备方法。

背景技术

全球经济发展和人口增长共同驱动着巨大的能源需求。石油、天然气和煤炭等传统资源日趋枯竭，同时化石能源燃烧后所排放的气体导致环境污染和气候复杂变化，使人类正面临着能源紧缺和全球气候变暖的双重挑战。作为可再生能源利用的重要形式之一，太阳能光伏发电具有非常显著的优点，其发电资源丰富，取之不尽、用之不竭、清洁环保、发电过程无燃料、无噪声、无排放、性能稳定、寿命长、运维简单、使用可靠再生能源是社会发展的重要物质基础。

出于寻找廉价、绿色环保、稳定的半导体吸收材料，其中铜锌锡硫四元半导体材料吸引全球科学家了越来越多的关注。由于该材料包含丰富、成本低、无毒的元素，且其带隙十分接近单结太阳能电池吸收层的最优带隙等诸多优点，使之成为最具发展前景的光伏吸收层材料之一。经过近几年不断的努力，纯硫化铜锌锡硫、纯硒化铜锌锡硒和硫硒混合铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池最高光电转换效率分别达到11%、11.6%和12.6%，这说明铜锌锡硫类薄膜太阳能电池在光伏领域具有很大应用前景。

目前，铜锌锡硫体系主要的问题是开路电压很低，这与结构紊乱密切有关，而结构紊乱表现为带尾和深陷阱态。其中铜锌反位受主缺陷是导致带尾缺陷的主要因素，而锡元素无序在带隙产生深能级缺陷。这些缺陷制约铜锌锡硫太阳能电池器件的性能，但是它们对开路电压的影响程度知之甚少。在预制层薄膜中引入钠、钾、银、锑、镉、锗等掺杂剂，后硫化或硒化退火有助于铜锌锡硫薄膜结晶，降低金属元素无序化，有利于进一步提升电池转换效率。

与其他制备方法相比，电化学沉积技术理论完善，技术较为成熟，是一种适宜于金属薄膜材料制备的工业化大规模生产技术。实现电共沉积多元素薄膜，其元素之间标准电位差需要在0.2 V以内。然而，铜、锌、锡和硫四种元素的标准电位差较大，尤其是锌和铜的标准电位，分别为-0.76 V和+0.342 V，所以共沉积铜锌锡硫薄膜存在技术难题。因此，相对其他工艺而言，电化学沉积掺杂铜锌锡硫薄膜存在技术难题。为了提升铜锌锡硫太阳能电池的转换效率，如何对电化学沉积铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层进行微量元素掺杂。到目前为止，尚未有关于电化学沉积铜锌锡硫薄膜掺杂相关文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫太阳能电池吸收层制备方法，采用金属钼背电极上电化学沉积四元铜锌锡硫预制层的方法，将预制层与锑源粉末进行硫化退火，通过调控硫化退火过程中锑源的量，即可对铜锌锡硫薄膜中锑元素进行精准控制，获得锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层材料，其光电性能得到了大幅度的提高，有效解决了电化学沉积铜锌锡硫薄膜太阳能吸收层掺杂的技术难题，制备工艺简单，重复性好，成本低廉，具有较好的研究与推广利用价值。

本发明的目的是这样实现的：一种锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫太阳能电池吸收层制备方法，其特点是锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的制备具体包括以下步骤：

（一）铜锌锡硫预制层的制备

将硫酸铜、硫酸锌、硫酸亚锡、硫代硫酸钠、柠檬酸钠和酒石酸钾等化学试剂按一定摩尔比混合后，溶解于去离子水溶液中，得到电化学沉积电镀溶液；以金属钼背电极为工作电极，银-氯化银为参比电极，铂片为对电极，采用三电极恒电位法共沉积四元铜锌锡硫预制层。