CN106098844A - 一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法 - Google Patents
一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106098844A CN106098844A CN201610490142.XA CN201610490142A CN106098844A CN 106098844 A CN106098844 A CN 106098844A CN 201610490142 A CN201610490142 A CN 201610490142A CN 106098844 A CN106098844 A CN 106098844A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc
- copper
- tin
- sulfur
- gained
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- WILFBXOGIULNAF-UHFFFAOYSA-N copper sulfanylidenetin zinc Chemical compound [Sn]=S.[Zn].[Cu] WILFBXOGIULNAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 24
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 10
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000002061 vacuum sublimation Methods 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 5
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 claims description 5
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 2
- FWPIDFUJEMBDLS-UHFFFAOYSA-L tin(II) chloride dihydrate Chemical compound O.O.Cl[Sn]Cl FWPIDFUJEMBDLS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- YGSCHSPBVNFNTD-UHFFFAOYSA-N [S].[Sn].[Zn] Chemical compound [S].[Sn].[Zn] YGSCHSPBVNFNTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- PQLVXDKIJBQVDF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;hydrate Chemical compound O.CC(O)=O PQLVXDKIJBQVDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims 1
- DJWUNCQRNNEAKC-UHFFFAOYSA-L zinc acetate Chemical class [Zn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O DJWUNCQRNNEAKC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 235000013904 zinc acetate Nutrition 0.000 claims 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 8
- 235000011150 stannous chloride Nutrition 0.000 description 8
- TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N (1,10,13-trimethyl-3-oxo-4,5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl) heptanoate Chemical compound C1CC2CC(=O)C=C(C)C2(C)C2C1C1CCC(OC(=O)CCCCCC)C1(C)CC2 TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NWFNSTOSIVLCJA-UHFFFAOYSA-L copper;diacetate;hydrate Chemical compound O.[Cu+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O NWFNSTOSIVLCJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 4
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 4
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001119 stannous chloride Substances 0.000 description 4
- AXZWODMDQAVCJE-UHFFFAOYSA-L tin(II) chloride (anhydrous) Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Sn+2] AXZWODMDQAVCJE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- BEAZKUGSCHFXIQ-UHFFFAOYSA-L zinc;diacetate;dihydrate Chemical compound O.O.[Zn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O BEAZKUGSCHFXIQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002475 Cu2ZnSnS4 Inorganic materials 0.000 description 1
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical compound [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
- H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫的铝电极的制备方法。首先用电沉积法清洗柔性钼箔片，然后用溶胶‑凝胶法制备铜锌锡硫薄膜，最后依次使用化学水浴法、溅射法、蒸发法制备缓冲层、窗口层、电极。采用柔性钼作为电池的背电极，减低薄膜太阳能电池及其器件的制造成本；采用环境友好型的CZTS作为电池的吸收层，绿色环保，热膨胀系数与钼箔基底相匹配；且CZTS制备工艺简单，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法。
背景技术
随着经济的高速发展，人们对能源需求越来越大，但环境问题却越来越突出。太阳能电池是满足清洁能源需求的产品。其中，第二代薄膜太阳电池，如碲化镉、铜铟镓硒薄膜电池转换效率已经分别达到了20%和21%。因Cu2ZnSnS4（CZTS）具有环境友好、明显P型半导体特性、适合的禁带宽度（1.5eV）、较高吸收系数（大于104cm-1）等优点，成为比较理想的薄膜电池吸收层材料，近些年受到大家关注。
相比于刚性CZTS薄膜太阳能电池，柔性电池因厚度薄、质量轻、易于实现卷对卷大面积连续生产等优势而具有广阔的应用前景。柔性衬底包括有机薄膜和金属箔（如：不锈钢材料、铝箔、钼箔、钛箔），有机薄膜耐受温度（<500℃）不高，无法满足CZTS高温硫化的要求；不锈钢因其含有铁，容易与CZTS形成硫化铁等杂质，影响薄膜质量；铝箔虽无杂质扩散，但是在其上的成膜质量与钼箔相比较差；钛箔各方面性能优于钼箔，但其价格昂贵。综合考虑，钼箔是柔性铜锌锡硫电池背电极的最佳选择之一。
目前基于柔性钼衬底CZTS薄膜电池的制备方法有连续离子层、电沉积法。相比于这两种方法，溶胶凝胶法有成本低廉、薄膜成分分布均匀等优势，目前尚未看到用溶胶凝胶法在柔性钼衬底上制备CZTS太阳电池。所以本发明采用钼箔作为柔性衬底，在其衬底上采用溶胶凝胶法制备CZTS薄膜，并可用于太阳能电池中。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）对钼箔进行清洁处理，即将钼箔在浓硫酸和甲醇体积比为1:7的混合溶液中采用电沉积法进行清洗，将钼箔表面的氧化钼刻蚀掉，最后用去离子水冲干净并用氮气吹干；所用钼箔的纯度为99.99%、 厚度为0.02mm、面积为3cm×3cm；
（2）利用溶胶凝胶法在钼箔上制备金属预制层薄膜，其后进行硫化从而得到CZTS薄膜：
（3）采用化学水浴法在（2）所得铜锌锡硫薄膜表面沉积CdS薄膜，作为缓冲层，其中CdS薄膜厚度为50~70nm；
（4）采用溅射法在（3）所得的缓冲层上沉积i-ZnO薄膜；其中溅射气体为Ar，气压为2.0Pa，功率为80W，时间为20~30min，所得的i-ZnO薄膜厚度为60~90nm；
（5）采用溅射法在（4）所得的i-ZnO薄膜上沉积AZO窗口层；其中溅射气体为Ar气，气压为0.2Pa，功率为120W，时间为15~25min，所得的AZO薄膜厚度为200~300nm；
（6）在（5）所得的AZO上覆盖掩膜版，采用真空热蒸发法沉积金属铝电极；所用铝丝的直径为1mm，长度为2cm，数量为25，用螺旋状钨舟加热铝丝，所得的‘主’状金属铝电极厚度为200~300nm。
其步骤（2）中所述的溶胶凝胶法，具体步骤如下：
A、将一水合醋酸铜（Cu(CH3COOH)2•H2O）、二水合醋酸锌（Zn(CH3COOH)2•2H2O）、二水合氯化亚锡（SnCl2•2H2O）以及硫脲按贫铜富锌的比例混合后，加入到有机溶剂乙二醇甲醚中，并加入一定比例的稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；
B、利用旋涂法将步骤（A）制备的胶体涂覆在（1）所得的钼箔上， 经280℃高温烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复数次以达到所需薄膜厚度，膜厚约1~1.5µm；
其中步骤（2）中硫化的具体步骤：
把样品放进硫化炉中，抽真空到5pa以下；让硫化炉升温，1h后升到580℃，往炉中通入N2和H2S气体, 流量分别为180sccm、20sccm；使预制层在N2和H2S的混合气体中保持1h；最后冷却到室温，其后进行硫化，得到铜锌锡硫薄膜。
本发明用于基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法具有以下特点和优点：
（1）本发明采用柔性钼作为电池的背电极，降低了薄膜太阳能电池及其器件的制造成本。
（2）本发明采用环境友好型的CZTS 作为电池的吸收层，绿色环保，热膨胀系数与钼箔基底相匹配。
（3）本发明吸收层CZTS采用溶胶凝胶法制备，成本廉价，工艺简单，设备便宜。
（4）本发明结构简单，绿色环保，成本低廉，易于生产和制造，具有广泛应用前景，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例1-3的铜锌锡硫薄膜太阳能电池结构。
图2为本发明实施例1-3的铜锌锡硫薄膜的XRD谱。
图3为本发明实施例1-3的铜锌锡硫薄膜的拉曼谱。
图4为本发明实施例1-3的铜锌锡硫薄膜太阳能电池I-V曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
（1）对钼箔进行清洁处理，即将钼箔在浓硫酸和甲醇体积比为1:7的混合溶液中采用电沉积法进行清洗，将钼箔表面的氧化钼刻蚀掉，最后用去离子水冲干净并用氮气吹干；所用钼箔的纯度为99.99%、 厚度为0.02mm、面积为3cm×3cm；
（2）利用溶胶凝胶法在钼箔上制备金属预制层薄膜，其后进行硫化从而得到CZTS薄膜;
（3）采用化学水浴法在（2）所得铜锌锡硫薄膜表面沉积CdS薄膜，作为缓冲层，其中CdS薄膜厚度为70nm；
（4）采用溅射法在（3）所得的缓冲层上沉积i-ZnO薄膜；其中溅射气体为Ar，气压为2.0Pa，功率为80W，时间为30min，所得的i-ZnO薄膜厚度为90nm；
（5）采用溅射法在（4）所得的i-ZnO薄膜上沉积AZO窗口层；其中溅射气体为Ar气，气压为0.2Pa，功率为120W，时间为25min，所得的AZO薄膜厚度为300nm；
（6）在（5）所得的AZO上覆盖掩膜版，采用真空热蒸发法沉积金属铝电极；所用铝的直径为1mm，长度为2cm，数量为25，用螺旋状钨舟加热铝丝，所得的‘主’状金属铝电极厚度为300nm。
其步骤（2）中所述的溶胶凝胶法，具体步骤如下：
A、将一水合醋酸铜（Cu(CH3COOH)2•H2O）、二水合醋酸锌（Zn(CH3COOH)2•2H2O）、二水合氯化亚锡（SnCl2•2H2O）以及硫脲按贫铜富锌的比例混合后，加入到有机溶剂乙二醇甲醚中，并加入一定比例的稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；
B、利用旋涂法将步骤（A）制备的胶体涂覆在（1）所得的钼箔上， 经280℃高温烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复10次以达到所需薄膜厚度，膜厚约1µm；
其中步骤（2）中硫化的具体步骤：
把样品放进硫化炉中，抽真空到5pa以下；让硫化炉升温，1h后升到580℃，往炉中通入N2和H2S气体, 流量分别为180sccm、20sccm；使预制层在N2和H2S的混合气体中保持1h；最后冷却到室温，其后进行硫化，得到铜锌锡硫薄膜。
实施例2
（1）对钼箔进行清洁处理，即将钼箔在浓硫酸和甲醇体积比为1:7的混合溶液中采用电沉积法进行清洗，将钼箔表面的氧化钼刻蚀掉，最后用去离子水冲干净并用氮气吹干；所用钼箔的纯度为99.99%、 厚度为0.02mm、面积为3cm×3cm；
（2）利用溶胶凝胶法在钼箔上制备金属预制层薄膜，其后进行硫化从而得到CZTS薄膜;
（3）采用化学水浴法在（2）所得铜锌锡硫薄膜表面沉积CdS薄膜，作为缓冲层，其中CdS薄膜厚度为50nm；
（4）采用溅射法在（3）所得的缓冲层上沉积i-ZnO薄膜；其中溅射气体为Ar，气压为2.0Pa，功率为80W，时间为20min，所得的i-ZnO薄膜厚度为60nm；
（5）采用溅射法在（4）所得的i-ZnO薄膜上沉积AZO窗口层；其中溅射气体为Ar气，气压为0.2Pa，功率为120W，时间为15min，所得的AZO薄膜厚度为200nm；
（6）在（5）所得的AZO上覆盖掩膜版，采用真空热蒸发法沉积金属铝电极；所用铝丝的直径为1mm，长度为2cm，数量为25，用螺旋状钨舟加热铝丝，所得的‘主’状金属铝电极厚度为200nm。
其步骤（2）中所述的溶胶凝胶法，具体步骤如下：
A、将一水合醋酸铜（Cu(CH3COOH)2•H2O）、二水合醋酸锌（Zn(CH3COOH)2•2H2O）、二水合氯化亚锡（SnCl2•2H2O）以及硫脲按贫铜富锌的比例混合后，加入到有机溶剂乙二醇甲醚中，并加入一定比例的稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；
B、利用旋涂法将步骤（A）制备的胶体涂覆在（1）所得的钼箔上， 经280℃高温烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复12次以达到所需薄膜厚度，膜厚约1.2µm；
其中步骤（2）中硫化的具体步骤：
把样品放进硫化炉中，抽真空到5pa以下；让硫化炉升温，1h后升到580℃，往炉中通入N2和H2S气体, 流量分别为180sccm、20sccm；使预制层在N2和H2S的混合气体中保持1h；最后冷却到室温，其后进行硫化，得到铜锌锡硫薄膜。
实施例3
（1）对钼箔进行清洁处理，即将钼箔在浓硫酸和甲醇体积比为1:7的混合溶液中采用电沉积法进行清洗，将钼箔表面的氧化钼刻蚀掉，最后用去离子水冲干净并用氮气吹干；所用钼箔的纯度为99.99%、 厚度为0.02mm、面积为3cm×3cm；
（2）利用溶胶凝胶法在钼箔上制备金属预制层薄膜，其后进行硫化从而得到CZTS薄膜；
（3）采用化学水浴法在（2）所得铜锌锡硫薄膜表面沉积CdS薄膜，作为缓冲层，其中CdS薄膜厚度为60nm；
（4）采用溅射法在（3）所得的缓冲层上沉积i-ZnO薄膜；其中溅射气体为Ar，气压为2.0Pa，功率为80W，时间为25min，所得的i-ZnO薄膜厚度为70nm；
（5）采用溅射法在（4）所得的i-ZnO薄膜上沉积AZO窗口层；其中溅射气体为Ar气，气压为0.2Pa，功率为120W，时间为20min，所得的AZO薄膜厚度为250nm；
（6）在（5）所得的AZO上覆盖掩膜版，采用真空热蒸发法沉积金属铝电极；所用铝丝的直径为1mm，长度为2cm，数量为25，用螺旋状钨舟加热铝丝，所得的‘主’状金属铝电极厚度为220nm。
其步骤（2）中所述的溶胶凝胶法，具体步骤如下：
A、将一水合醋酸铜（Cu(CH3COOH)2•H2O）、二水合醋酸锌（Zn(CH3COOH)2•2H2O）、二水合氯化亚锡（SnCl2•2H2O）以及硫脲按贫铜富锌的比例混合后，加入到有机溶剂乙二醇甲醚中，并加入一定比例的稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；
B、利用旋涂法将步骤（A）制备的胶体涂覆在（1）所得的钼箔上， 经280℃高温烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复15次以达到所需薄膜厚度，膜厚约1.5µm；
其中步骤（2）中硫化的具体步骤：
把样品放进硫化炉中，抽真空到5pa以下；让硫化炉升温，1h后升到580℃，往炉中通入N2和H2S气体, 流量分别为180sccm、20sccm；使预制层在N2和H2S的混合气体中保持1h；最后冷却到室温，其后进行硫化，得到铜锌锡硫薄膜。
图1为本发明的层状结构示意图。从下至上依次为钼箔、CZTS、CdS、i-ZnO、AZO、Al。
图2为本发明实施例1-3的铜锌锡硫薄膜的XRD谱。从图2中可以看出所制备的基于钼箔衬底的CZTS薄膜衍射峰很好地对应于锌黄锡矿结构CZTS的标准***026-0575，证明CZTS薄膜具有很好的结晶性，同时样品还出现了来自钼箔的（200）面。随着铜锌锡硫薄膜厚度的增加，（112）、（200）、（220）(312)面的衍射峰逐渐增强，MoS2峰逐渐减弱，这说明制备的铜锌锡硫薄膜随着厚度的增加，薄膜的结晶性变好，杂项MoS2减少。
图3为本发明实施例1-3的铜锌锡硫薄膜的拉曼谱。其激发波长为532nm，从图中可以看出，位于284、335、367 cm-1的拉曼峰均可以很清楚地被观测到，这些峰与CZTS的拉曼峰相吻合。随着铜锌锡硫薄膜厚度的增加，CZTS主峰增强，这说明制备的铜锌锡硫薄膜随着厚度的增加，薄膜的结晶性变好，与图2的XRD图相照应。
图4为本发明实施例1-3的铜锌锡硫薄膜太阳能电池I-V曲线。
当铜锌锡硫薄膜厚度为1.5µm时，其开路电压为370 mV，短路电流密度13.52 mA/cm2，填充因子0.45，电池的转化效率为2.25%。
当铜锌锡硫薄膜厚度为1.2µm时，其开路电压为360 mV，短路电流密度12.52mA/cm2，填充因子0.4，电池的转化效率为1.8%。
当铜锌锡硫薄膜厚度为1µm时，其开路电压为320 mV，短路电流密度9.00 mA/cm2，填充因子0.29，电池的转化效率为0.84%。
这说明随着铜锌锡硫薄膜厚度的增加，电池的转化效率也在增大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）对钼箔进行清洁处理，即将钼箔在浓硫酸和甲醇的混合溶液中采用电沉积法进行清洗，然后用去离子水冲干净并用氮气吹干；
（2）利用溶胶凝胶法在钼箔上制备金属预制层薄膜，其后进行硫化，得到铜锌锡硫薄膜；
（3）采用化学水浴法在（2）所得铜锌锡硫薄膜表面沉积CdS薄膜，作为缓冲层，其中CdS薄膜厚度为50~70nm；
（4）采用溅射法在（3）所得的缓冲层上沉积i-ZnO薄膜；
（5）采用溅射法在（4）所得的i-ZnO薄膜上沉积AZO窗口层；
（6）在（5）所得的AZO上覆盖掩膜版，采用真空热蒸发法沉积金属铝电极，即得所述铜锌锡硫太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的溶胶凝胶法的具体步骤如下：
（1）将一水醋酸铜、二水乙酸锌、二水氯化亚锡以及硫脲按比例混合后，加入到乙二醇甲醚中，并加入一定比例的稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；
（2）利用旋涂法将步骤（1）制备的胶体涂覆在清洁后的钼箔上，在280℃下烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复数次得到所需厚度薄膜，膜厚为1 ~1.5µm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的硫化的具体步骤如下：
把预制层薄膜放进硫化炉中，抽真空到5pa以下；让硫化炉升温到580℃，其升温速率为10℃/min；往炉中通入N2和H2S气体；使预制层在N2和H2S的混合气体中保持1h；最后冷却到室温；制得铜锌锡硫薄膜。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述溅射法的条件为：溅射气体为Ar，气压为2.0Pa，功率为80W，时间为20~30min，所得i-ZnO薄膜厚度为60~90nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述溅射法的条件为：溅射气体为Ar，气压为0.2Pa，功率为120W，时间为15~25min，所得的AZO厚度为200~300nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述真空热蒸发法中所用铝丝的直径为1mm，长度为2cm，数量为25，且用螺旋状钨舟加热铝丝，所得金属铝电极厚度为200~300nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610490142.XA CN106098844A (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610490142.XA CN106098844A (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106098844A true CN106098844A (zh) | 2016-11-09 |
Family
ID=57215085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610490142.XA Pending CN106098844A (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106098844A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108336177A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-27 | 深圳先进技术研究院 | 一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN109841696A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-04 | 深圳清华大学研究院 | 改性的铜锌锡硫薄膜、其制备方法及太阳能电池 |
| CN112038439A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-04 | 福州大学 | 一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法 |
| CN113097314A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 福州大学 | 一种柔性硫化锑薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN114899279A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-08-12 | 中南大学 | 一种改性铜锌锡硫前驱体溶液及薄膜太阳电池的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102931286A (zh) * | 2012-11-11 | 2013-02-13 | 河南大学 | 一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法 |
| US20140158190A1 (en) * | 2011-12-21 | 2014-06-12 | Intermolecular, Inc. | Absorbers for High Efficiency Thin-Film PV |
| CN105206695A (zh) * | 2014-06-05 | 2015-12-30 | 中物院成都科学技术发展中心 | 具有背保护层的柔性太阳能电池及其制备方法 |
| CN105226118A (zh) * | 2014-06-05 | 2016-01-06 | 中物院成都科学技术发展中心 | 柔性太阳能电池及其制备方法 |
-
2016
- 2016-06-29 CN CN201610490142.XA patent/CN106098844A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140158190A1 (en) * | 2011-12-21 | 2014-06-12 | Intermolecular, Inc. | Absorbers for High Efficiency Thin-Film PV |
| CN102931286A (zh) * | 2012-11-11 | 2013-02-13 | 河南大学 | 一种制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的方法 |
| CN105206695A (zh) * | 2014-06-05 | 2015-12-30 | 中物院成都科学技术发展中心 | 具有背保护层的柔性太阳能电池及其制备方法 |
| CN105226118A (zh) * | 2014-06-05 | 2016-01-06 | 中物院成都科学技术发展中心 | 柔性太阳能电池及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 韩自力等: "溶胶−凝胶后硫化法制备铜锌锡硫薄膜太阳电池", 《中南大学学报（自然科学版）》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108336177A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-27 | 深圳先进技术研究院 | 一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN109841696A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-04 | 深圳清华大学研究院 | 改性的铜锌锡硫薄膜、其制备方法及太阳能电池 |
| CN112038439A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-04 | 福州大学 | 一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法 |
| CN113097314A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 福州大学 | 一种柔性硫化锑薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN114899279A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-08-12 | 中南大学 | 一种改性铜锌锡硫前驱体溶液及薄膜太阳电池的制备方法 |
| CN114899279B (zh) * | 2022-05-11 | 2023-11-10 | 中南大学 | 一种改性铜锌锡硫前驱体溶液及薄膜太阳电池的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102034898B (zh) | 一种太阳电池用铜铟硫光电薄膜材料的制备方法 | |
| CN106098844A (zh) | 一种基于柔性钼衬底的铜锌锡硫太阳能电池的制备方法 | |
| CN101692357B (zh) | 一种绒面掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法 | |
| CN107871795B (zh) | 一种基于柔性钼衬底的镉掺杂铜锌锡硫硒薄膜的带隙梯度的调控方法 | |
| CN104218114A (zh) | 一种二维异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN107946393B (zh) | 基于SnTe作为背电极缓冲层的CdTe薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103762257B (zh) | 铜锌锡硫吸收层薄膜及铜锌锡硫太阳能电池的制备方法 | |
| CN108110066B (zh) | 一种提升perc电池转换效率的正面膜层结构以及制备方法 | |
| CN107093650A (zh) | 一种制备铜锑硫太阳能电池吸收层的方法 | |
| CN114203848B (zh) | 一种柔性硒化锑太阳电池及其制备方法 | |
| CN107768453A (zh) | 一种具有复合背电极的碲化镉薄膜电池及其制备方法 | |
| CN112038439A (zh) | 一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法 | |
| CN103474488A (zh) | 一种薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105161572B (zh) | 一种铜锌锡硫太阳电池吸收层的墨水多层涂敷制备方法 | |
| CN103985783B (zh) | 利用磁控溅射法在柔性衬底上制备铜锌锡硫薄膜的方法 | |
| CN103077981B (zh) | 柔性衬底硅基多结叠层薄膜太阳电池及其制造方法 | |
| CN103400893B (zh) | 一种制备铜锌锡硫光电薄膜的方法 | |
| CN102142484A (zh) | 多晶硅/铜铟镓硒叠层电池工艺 | |
| CN112259620A (zh) | 一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN101882653B (zh) | 基于纳米CdS薄膜的太阳能电池制备方法 | |
| CN103346194A (zh) | 一种铜铟镓硒太阳电池器件及其制备方法 | |
| CN105895735A (zh) | 氧化锌靶溅射制备铜锌锡硫薄膜太阳电池的方法 | |
| CN103258899A (zh) | 一种柔性不锈钢衬底上cigs吸收层制备方法 | |
| CN104051577A (zh) | 提高太阳电池吸收层铜锌锡硫薄膜结晶性能的制备方法 | |
| CN107742650A (zh) | 一种具有绒面背接触层的碲化镉太阳能电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161109 |