[发明专利]一种铜铟硫基薄膜太阳能电池的制备方法

摘要

本发明公开了一种铜铟硫基薄膜太阳能电池的制备方法，该电池结构自下至上依次为衬底/Ti‑TiN‑Mo背电极/Cu1‑xNaxInS2/CuInS2/Cu1‑xAgxInS2吸收层/Cd1‑xZnxS阻挡层i‑ZnO/AlZnO窗口层/Al(Ni)前电极，该方法步骤为(1)衬底清洗及预处理；(2)在衬底上制备Ti/TiN/Mo背电极；(3)在Ti/TiN/Mo背电极上制备Cu1‑xNaxInS2/CuInS2/Cu1‑xAgxInS2吸收层；(4)在吸收层上制备Cd1‑xZnxS阻挡层；(5)在Cd1‑xZnxS阻挡层上依次淀积i‑ZnO薄膜、AlZnO薄膜，制成i‑ZnO/AlZnO窗口层；(6)采用真空热蒸法在i‑ZnO/AlZnO窗口层上蒸镀Al(Ni) 前电极,获得铜铟硫基薄膜太阳能电池。.本发明制备的铜铟硫基薄膜太阳能电池，该电池的背电极的与玻璃衬底及吸收层薄膜之间粘接的粘附性强，不易剥落，可靠性高，各层之间的串联电阻小，能提高光电能量转换效率。

主权项

一种铜铟硫基薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于,所述薄膜太阳能电池结构自下至上依次为：衬底/Ti/TiN/Mo背电极/Cu1‑xNaxInS2/CuInS2/Cu1‑xAgxInS2吸收层/Cd1‑xZnxS阻挡层i‑ZnO/Al:ZnO窗口层/Al(Ni)前电极，该方法具有以下步骤：(1).衬底清洗及预处理：依次采用丙酮、乙醇和去离子水对衬底各超声清洗15min，再采用Ar等离子体对衬底进行刻蚀；(2).在衬底上制备Ti/TiN/Mo背电极：采用磁控溅射法在衬底上依次制备Ti/TiN/Mo背电极的底层Ti薄膜、TiN薄膜、Mo薄膜，制成Ti/TiN/Mo背电极；(3).在Ti/TiN/Mo背电极上制备Cu1‑xNaxInS2/CuInS2/Cu1‑xAgxInS2吸收层：首先使用布里奇曼法分别制备Cu1‑xNaxInS2、CuInS2和Cu1‑xAgxInS2多晶锭，粉碎后，分别称取1g放入钨舟中作蒸发源；接着采用常规真空热蒸发法在Ti/TiN/Mo背电极上依次淀积Cu1‑xNaxInS2薄膜、CuInS2薄膜，其中，Cu1‑xNaxInS2薄膜厚度为50‑100nm，CuInS2薄膜厚度为2‑3um，然后将淀积后的Cu1‑xNaxInS2/CuInS2薄膜放入在含硫气氛下的退火设备中进行退火，形成Cu1‑xNaxInS2/CuInS2复合薄膜，采用溴甲醇溶液对Cu1‑xNaxInS2/CuInS2复合薄膜腐蚀；采用常规真空热蒸发法在腐蚀后的Cu1‑xNaxInS2/CuInS2复合薄膜上沉积Cu1‑xAgxInS2薄膜层，然后将淀积后的Cu1‑xNaxInS2/CuInS2/Cu1‑xAgxInS2放入退火设备中进行退火，再采用溴甲醇溶液腐蚀，形成Cu1‑xNaxInS2/CuInS2/Cu1‑xAgxInS2吸收层；(4).在吸收层上制备Cd1‑xZnxS阻挡层：称取20mL浓度为0.2mol/L的醋酸镉、20mL浓度为0.1mol/L醋酸锌、2mL浓度为1mol/L醋酸铵和0.5ml浓度为1mol/L氨水溶液，用控温磁力搅拌器在65℃、200r/min的转速下磁力搅拌1min；将搅拌后的溶液滴加在Cu1‑xNaxInS2/CuInS2/Cu1‑xAgxInS2吸收层表面，然后加入20mL浓度为0.2mol/L硫脲，在磁力搅拌下，保持10‑20min，取出衬底，用去离子水冲洗，真空烘干得到Cd1‑xZnxS阻挡层；(5).在Cd1‑xZnxS阻挡层上依次淀积i‑ZnO薄膜、Al：ZnO薄膜，制成i‑ZnO/Al:ZnO窗口层：采用磁控溅射法在阻挡层上依次淀积i‑ZnO薄膜、Al：ZnO薄膜，形成i‑ZnO/Al:ZnO窗口层，其中，i‑ZnO薄膜厚度为10‑50nm，Al：ZnO薄膜厚度为500‑700nm；(6).在i‑ZnO/Al:ZnO窗口层上制备前电极：称取0.1g质量的Al(Ni)，放在真空蒸镀膜机中的蒸发钨舟中，将i‑ZnO/Al:ZnO窗口层放在工件架上的栅极掩膜版上，加热至预设温度后，稳定10‑30min控制真空蒸镀膜机参数，以预设的蒸镀速率开始蒸镀，直至蒸发钨舟中的Al(Ni)蒸发完，在i‑ZnO/Al:ZnO窗口层上形成Al(Ni)前电极,再放入真空退火设备中进行真空退火，退火温度300～450℃，退火时间60～120分钟，获得铜铟硫基薄膜太阳能电池。