專利名稱：Cu₂ZnSnS₄/a-Si異質結太陽能電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于Cu2ZnSnS4 (CZTS)的Cu2ZnSnS4/a-Si異質結太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池器件新材料與新結構技術領域。
背景技術：
全球性的能源短缺、環(huán)境污染、氣候變暖正日益嚴重地困擾著人類社會。尋求綠色替代能源，實現可持續(xù)發(fā)展，已成為世界各國共同面臨的課題。從長遠來看，可再生能源將是未來人類的主要能源來源。在新發(fā)展的可再生能源的利用中，太陽能電池最具潛力。但是介于全世界硅材料的短缺和高昂的制備成本，薄膜太陽能電池引起了人們的廣泛關注，近幾年成為了科技工作者的研究重心。薄膜太陽能電池分為硅基薄膜太陽能電池和化合物薄膜太陽能電池，為了開拓新型高效太陽電池材料和進ー步降低電池成本，化合物薄膜電池得到了前所未有的重視并且取得了長足的發(fā)展。作為化合物薄膜電池的代表，CIGS(銅銦稼硒)薄膜太陽能電池的效率截止2010年底已經達到了 20.3%，非常有機會取代硅基薄膜電池成為下一代太陽能電池。但是In、Se的毒性和Ga的高昂成本卻嚴重制約著CIGS的發(fā)展，為了尋找ー種無毒廉價且高效的太陽能電池材料，人們經過了不懈的努力和探索。2010年，美國IBM公司運用Zn和Sn取代了 CIGS中的In和Ga得到的Cu2ZnSnSe4電池效率達到了 9.6%，引起了全世界的關注。元素Zn和Sn的地球儲量極為豐富且無毒性，所以這種4元的銅鋅錫硒(硫)電池有著很好的應用前景和巨大的商業(yè)價值，相信經過全世界科研者的不懈努力CZTS電池效率必將取得長足的進步。相信不久的將來，這種無毒廉價的CZTS薄膜電池必將取代CIGS薄膜電池成為化合物電池的典范。目前，國外的一些科研小組在CZTS電池領域取得了ー些進展。主要概括為CZTS與CdS的異質結電池，但是Cd具有毒性，所以這種電池有一定的環(huán)境污染。國內CZTS太陽能電池的報道目前幾乎沒有。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于用無毒的a -Si取代CdS與Cu2ZnSnS4形成真正意義上的環(huán)境友好型異質結太陽能電池及其制備方法。ー種Cu2ZnSnS4/ a -Si異質結太陽能電池包括2種結構。第一種結構為由p型層、i型層和n型層構成異質p-1-n結，其中p型層為CZTS，其特征在于:i型層和n型層都為a -Si，n型層上還沉積有透明導電電扱。第二種結構為由p型層和n型層構成異質p-n結，其中p型層為CZTS，其特征在干:n型層為a-Si，n型層上還沉積有透明導電電扱。上述Cu2ZnSnS4/a -Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于包括如下制備步驟:步驟1、對襯底進行清洗，具中襯底選擇FTO玻璃或金屬薄片或金屬鍍膜的玻璃襯底；
步驟2、CZTS薄膜的制備:利用磁控濺射金屬多層膜預置層后續(xù)硫化法制備P型CZTS薄膜；步驟3、a -Si薄膜的制備:用熱絲CVD法制備n型a_Si薄膜或者i型a_Si薄膜/n型a-Si薄膜雙層膜；步驟4、利用磁控濺射法制備透明導電電扱。本發(fā)明概括為多層金屬膜后續(xù)硫化形成的p型導電的Cu2ZnSnS4與n型導電的非晶硅薄膜形成的異質結電池。其中Cu2ZnSnS4薄膜為電池主要的吸收層，非晶硅薄膜作為電池的發(fā)射扱。具體而言，采用磁控濺射法在FTO或者鍍有金屬薄層的玻璃襯底上依次濺射Zn，Sn和Cu膜，置于管式爐中硫化，然后利用熱絲化學氣相沉積法(熱絲CVD)生長非晶硅薄膜，最后用磁控濺射法制備透明導電薄膜作為上電扱。這套方法相對現有技術的有益效果是利用金屬前軀體后續(xù)硫化的方法制備CZTS薄膜穩(wěn)定性較好，薄膜成分和化學計量比容易控制且適合大面積生產，生產成本低廉；其次選擇無毒廉價的非晶硅取代有毒的CdS作為發(fā)射極與CZTS形成的異質結太陽電池是真正意義上的結構創(chuàng)新和環(huán)境友好型廉價太陽電池，具有廣闊的應用前景和很大的商業(yè)價值。


圖1為本發(fā)明中新型Cu2ZnSnS4/ a -Si異質p-1_n結薄膜太陽能電池的結構示意圖。圖中標號名稱:1.入射太陽光；2.TCO透明導電薄膜；3.n型摻雜的非晶硅薄膜；4.本征i型的非晶硅薄膜；5.Cu2ZnSnS4薄膜；6.TCO透明導電薄膜或者金屬薄膜；7.普通玻璃襯底;8.銀電極圖2為本發(fā)明中新型Cu2ZnSnS4/ a-Si異質p_n結薄膜太陽能電池的結構示意圖。圖3為實施例1制備的Cu2ZnSnS4薄膜的X射線衍射圖譜，圖中的所有衍射峰都為錫黃鋅礦結構的CZTS材料特征衍射峰，其中薄膜具有強烈的(112)擇優(yōu)取向。(實施例2-6中的CZTS薄膜的X射線衍射測試結果和圖3類似)。圖4為實施例1制備的Cu2ZnSnS4薄膜的能譜圖(EDS)，測試發(fā)現制備的薄膜的元素比例非常接近CZTS的化學計量比，充分說明我們制備的薄膜為較為純凈的CZTS薄膜。(實施例2-6中的CZTS薄膜的能譜測試結果和圖4類似)。圖5為實施例1制備的Cu2ZnSnS4薄膜的光吸收系數圖(插圖為薄膜的光學帶隙計算圖)，測試發(fā)現薄膜的吸收邊在800nm左右，在可見光范圍內的吸收系數大于IO4CnT1,計算發(fā)現薄膜的光學帶隙大約為1.5eV (實施例2-6中的CZTS薄膜光學性能和圖5類似).
圖6為實施例1制備的Cu2ZnSnS4/ a -Si異質p-1_n結太陽電池的I_V曲線，電池的開路電壓為585mV，短路電流密度為17.46mA/cm2，填充因子為52%。(實施例2和6中的Cu2ZnSnS4/ a -Si異質p-1_n結太陽電池1-V曲線和圖6類似)圖7為實施例3制備的Cu2ZnSnS4/a -Si異質p_n結太陽電池的1-V曲線，電池的開路電壓為530mV，短路電流密度為14mA/cm2，填充因子為40%。(實施例4和5中的Cu2ZnSnS4/ a -Si異質p_n結太陽電池1-V曲線和圖7類似)
具體實施例方式上述的基于Cu2ZnSnS4的異質結太陽能電池新型Cu2ZnSnS4/ a-Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于包括如下制備步驟:步驟1、對襯底進行清洗，具中襯底選擇FTO玻璃或金屬薄片或金屬鍍膜的玻璃襯底；步驟2、CZTS薄膜的制備:利用磁控濺射金屬多層膜預置層后續(xù)硫化法制備P型CZTS薄膜，該步驟可采用現有技木，具體步驟如下:(2-1)首先采用磁控濺射法在襯底上依次分別濺射Zn，Sn和Cu膜(先后順序可調整)，其中各個金屬靶材的純度都高于99.999% ;其中各層金屬薄膜濺射參數:本底真空度為5*10-2pa-5*l(r4pa，Ar流量為5sccm-100sccm，濺射氣壓保持在0.1-lOpa，濺射功率為20-100W，襯底溫度為室溫-200°C，各金屬層厚度為50-300nm之間；(2-2)將上述的金屬多層膜在真空管式爐中硫化成為Cu2ZnSnS4薄膜，其中硫化過程中以純度99.999%以上N2或者Ar惰性氣體為載氣，硫源采用純度99.999%以上的硫粉或者H2S氣體，硫化溫度為400-600°C，硫化時間為60-150min。步驟3、a -Si薄膜的制備:用熱絲CVD法制備n型a_Si薄膜或者i型a_Si薄膜Zn型a-Si薄膜雙層膜，該步驟可采用現有技木，具體步驟如下:用CVD法制備i型a-Si/n型a_Si雙層膜或者n型a_Si單層薄膜，其中i型層a-Si生長參數:SH4流量為l-20sccm，H2流量為l_40sccm，燈絲電流為22.5-50A，氣壓保持在0.1-1Opa不變，襯底溫度為200-400°C，生長的薄膜厚度為IO-1OOnm之間；n型a_Si薄膜的厚度為IO-1OOnm之間；n型層a-Si生長參數:SH4流量為l-20sCCm，PH3流量為l-40sccm，H2流量為l-40sccm，燈絲電流為22.5-50A，氣壓保持在0.1-1Opa不變，襯底溫度為200-400°C，生長的薄膜厚度為IO-1OOnm之間。步驟4、利用磁控濺射法制備透明導電電扱。此種方法相對現有技術的有益效果是利用金屬前軀體后續(xù)硫化的方法制備CZTS薄膜穩(wěn)定性較好，薄膜成分和化學計量比容易控制且適合大面積生產，生產成本低廉；其次選擇無毒廉價的非晶硅取代有毒的CdS作為發(fā)射極與CZTS形成的異質結太陽電池是真正意義上的結構創(chuàng)新和環(huán)境友好型廉價太陽電池。具體實例ー下面結合實施例對本發(fā)明作進ー步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。ー種新型Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池及其制備方法，包括如下步驟:(I)對普通FTO玻璃襯底進行清洗，具體エ藝如下:有機溶劑超聲清洗一丙酮超聲清洗一酒精超聲清洗一超純水超聲清洗(2)在上述清洗完的FTO襯底上依次分別濺射Zn，Sn和Cu膜。對應的各層金屬薄膜濺射參數如下:Zn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為20W，濺射厚度為60nm。Sn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射厚度為70nm。Cu膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為50W，濺射厚度為50nm。
(3)將上述的金屬多層膜在真空管式爐中硫化成為Cu2ZnSnS4薄膜。硫化エ藝如下:硫化之前排除管內空氣，硫化過程中以高純N2為載氣進行硫化，硫源采用高純硫粉，硫化溫度為500°C，硫化時間為70min。(4)用熱絲CVD法依次制備本征的i層a-Si薄膜，具體エ藝參數如下:i層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm, H2流量為9sccm,燈絲電流為22.5A,氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為80nm。(5)用熱絲CVD法依次制備n型摻雜的a_Si薄膜，具體エ藝參數如下:n層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm,PH3流量為8sccm,H2流量為8sccm,燈絲電流為22.5A，氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為10nm。(6)利用磁控濺射法制備ITO(氧化銦錫)透明導電電極，制備エ藝如下:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為40sccm，O2流量為0.2sccm,濺射氣壓保持在
0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射時間為3600s，膜厚為150nm，襯底溫度為160°C。注:按照上述步驟制備的CZTS薄膜具有強烈的(112)擇優(yōu)取向，薄膜化學計量比接近標準值,在可見光范圍內的吸收系數大于IO4CnT1 ;同時制備的電池有良好的光電轉換效率。具體實例ニ下面結合實施例對本發(fā)明作進ー步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍?！N新型Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池及其制備方法,包括如下步驟:(I)對普通FTO玻璃襯底進行清洗，具體エ藝如下:有機溶劑超聲清洗一丙酮超聲清洗一酒精超聲清洗一超純水超聲清洗(2)在上述清洗完的FTO襯底上依次分別濺射Sn，Zn和Cu膜。對應的各層金屬薄膜濺射參數如下:Sn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射膜厚為140nm，襯底溫度為室溫。Zn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為20W，濺射膜厚為120nm，襯底溫度為室溫。Cu膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為50W，濺射膜厚為lOOnm，襯底溫度為室溫。(3)將上述的金屬多層膜在真空管式爐中硫化成為Cu2ZnSnS4薄膜。硫化エ藝如下:硫化之前排除管內空氣，硫化過程中以高純N2為載氣進行硫化，硫源采用高純硫粉，硫化溫度為500°C，硫化時間為140min。(4)用PECVD法依次制備本征的i層a_Si薄膜，具體エ藝參數如下:i層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm，H2流量為9sccm，燈絲電流為22.5A，氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為20nm。(5)用PECVD法依次制備n型摻雜的a_Si薄膜，具體エ藝參數如下:n層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm,PH3流量為8sccm,H2流量為8sccm,燈絲電流為22.5A，氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為20nm。(6)利用磁控濺射法制備ITO(氧化銦錫)透明導電電極，制備エ藝如下:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為40sccm，O2流量為0.2sccm,濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射時間為3600s，膜厚為150nm，襯底溫度為160°C。注:按照上述步驟制備的CZTS薄膜具有強烈的(112)擇優(yōu)取向，薄膜化學計量比接近標準值,在可見光范圍內的吸收系數大于IO4CnT1 ;同時制備的電池有良好的光電轉換效率。具體實例三下面結合實施例對本發(fā)明作進ー步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。ー種新型Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池及其制備方法，包括如下步驟:(I)對普通FTO玻璃襯底進行清洗，具體エ藝如下:有機溶劑超聲清洗一丙酮超聲清洗一酒精超聲清洗一超純水超聲清洗(2)在上述清洗完的FTO襯底上依次分別濺射Sn，Cu和Zn膜。對應的各層金屬薄膜濺射參數如下:Sn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射膜厚為80nm，襯底溫度為室溫。Cu膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為50W，濺射膜厚為90nm，襯底溫度為室溫。Zn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為20W，濺射膜厚為90nm，襯底溫度為室溫。(3)將上述的金屬多層膜在真空管式爐中硫化成為Cu2ZnSnS4薄膜。硫化エ藝如下:硫化之前排除管內空氣，硫化過程中以高純N2為載氣進行硫化，硫源采用高純硫粉，硫化溫度為450°C，硫化時間為120min。(4)用熱絲CVD法依次制備n型摻雜的a_Si薄膜，具體エ藝參數如下:n層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm,PH3流量為8sccm,H2流量為8sccm,燈絲電流為22.5A，氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為60nm。(5)利用磁控濺射法制備ITO(氧化銦錫)透明導電電極，制備エ藝如下:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為40sccm，O2流量為0.2sccm,濺射氣壓保持在
0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射時間為3600s，膜厚為150nm，襯底溫度為160°C。注:按照上述步驟制備的CZTS薄膜具有強烈的(112)擇優(yōu)取向，薄膜化學計量比接近標準值,在可見光范圍內的吸收系數大于IO4CnT1 ;同時制備的電池有良好的光電轉換效率。具體實例四下面結合實施例對本發(fā)明作進ー步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。ー種新型Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池及其制備方法，包括如下步驟:(I)對普通FTO玻璃襯底進行清洗，具體エ藝如下:有機溶劑超聲清洗一丙酮超聲清洗一酒精超聲清洗一超純水超聲清洗(2)在上述清洗完的FTO襯底上依次分別濺射Sn，Cu和Zn膜。對應的各層金屬薄膜濺射參數如下:Cu膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為50W，濺射膜厚為lOOnm，襯底溫度為室溫。Sn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射膜厚為140nm，襯底溫度為室溫。Zn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為20W，濺射膜厚為120nm，襯底溫度為室溫。(3)將上述的金屬多層膜在真空管式爐中硫化成為Cu2ZnSnS4薄膜。硫化エ藝如下:硫化之前排除管內空氣，硫化過程中以高純N2為載氣進行硫化，硫源采用高純硫粉，硫化溫度為500°C，硫化時間為IOOmin。(4)用熱絲CVD法依次制備n型摻雜的a_Si薄膜，具體エ藝參數如下:n層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm,PH3流量為8sccm,H2流量為8sccm,燈絲電流為22.5A，氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為lOOnm。(5)利用磁控濺射法制備ITO(氧化銦錫)透明導電電極，制備エ藝如下:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為40sccm，O2流量為0.2sccm,濺射氣壓保持在
0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射時間為3600s，膜厚為150nm，襯底溫度為160°C。注:按照上述步驟制備的CZTS薄膜具有強烈的(112)擇優(yōu)取向，薄膜化學計量比接近標準值,在可見光范圍內的吸收系數大于IO4CnT1 ;同時制備的電池有良好的光電轉換效率。具體實例五下面結合實施例對本發(fā)明作進ー步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍?！N新型Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池及其制備方法,包括如下步驟:(I)對金屬薄片襯底進行清洗，具體エ藝如下:有機溶劑超聲清洗一丙酮超聲清洗一酒精超聲清洗一超純水超聲清洗(2)在上述清洗完的FTO襯底上依次分別濺射Sn，Cu和Zn膜。對應的各層金屬薄膜濺射參數如下:Cu膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為50W，濺射膜厚為lOOnm，襯底溫度為室溫。Zn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為20W，濺射膜厚為120nm，襯底溫度為室溫。Sn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射膜厚為140nm，襯底溫度為室溫。(3)將上述的金屬多層膜在真空管式爐中硫化成為Cu2ZnSnS4薄膜。硫化エ藝如下:硫化之前排除管內空氣，硫化過程中以高純N2為載氣進行硫化，硫源采用高純硫粉，硫化溫度為500°C，硫化時間為140min。(4)用熱絲CVD法依次制備n型摻雜的a_Si薄膜，具體エ藝參數如下:n層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm,PH3流量為8sccm,H2流量為8sccm,燈絲電流為22.5A，氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為40nm。(5)利用磁控濺射法制備FTO(摻氟氧化錫)透明導電電極，制備エ藝如下:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為40sccm，O2流量為0.2sccm,濺射氣壓保持在
0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射膜厚為150nm，襯底溫度為200°C。注:按照上述步驟制備的CZTS薄膜具有強烈的(112)擇優(yōu)取向，薄膜化學計量比接近標準值,在可見光范圍內的吸收系數大于IO4CnT1 ;同時制備的電池有良好的光電轉換效率。具體實例六下面結合實施例對本發(fā)明作進ー步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。ー種新型Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池及其制備方法，包括如下步驟:(I)對金屬薄片進行清洗，具體エ藝如下:有機溶劑超聲清洗一丙酮超聲清洗一酒精超聲清洗一超純水超聲清洗(2)在上述清洗完的FTO襯底上依次分別濺射Zn，Sn和Cu膜。對應的各層金屬薄膜濺射參數如下:Zn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為20W，濺射膜厚為lOOnm，襯底溫度為室溫。Cu膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為50W，濺射膜厚為lOOnm，襯底溫度為室溫。Sn膜濺射參數:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為30W，濺射膜厚為lOOnm，襯底溫度為室溫。(3)將上述的金屬多層膜在真空管式爐中硫化成為Cu2ZnSnS4薄膜。硫化エ藝如下:硫化之前排除管內空氣，硫化過程中以高純N2為載氣進行硫化，硫源采用高純硫粉，硫化溫度為600°C，硫化時間為90min。(4)用熱絲CVD法依次制備本征的i層a-Si薄膜，具體エ藝參數如下:i層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm，H2流量為9sccm，燈絲電流為22.5A，氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為10nm。(5)用熱絲CVD法依次制備n型摻雜的a_Si薄膜，具體エ藝參數如下:n層a-Si生長參數:SH4流量為4sccm,PH3流量為8sccm,H2流量為8sccm,燈絲電流為22.5A，氣壓保持在Ipa不變，襯底溫度為200°C，生長的薄膜厚度為15nm。(6)利用磁控濺射法制備AZO(摻鋁氧化鋅)透明導電電極，制備エ藝如下:本底真空度為5*10_4pa，Ar流量為20sCCm，濺射氣壓保持在0.1pa不變，濺射功率為150W，膜厚為200nm，襯底溫度為300°C。注:按照上述步驟制備的CZTS薄膜具有強烈的(112)擇優(yōu)取向，薄膜化學計量比接近標準值,在可見光范圍內的吸收系數大于IO4CnT1 ;同時制備的電池有良好的光電轉換效率。
權利要求
1.一種Cu2ZnSnS4/ a-Si異質結太陽能電池；結構包括p型層和n型層構成的異質p_n結，其中P型層為CZTS，其特征在于:n型層為a -Si, n型層上還沉積有透明導電電扱。
2.根據權利要求1所述的Cu2ZnSnS4/a -Si異質結太陽能電池，其特征在于p型層和n型層之間還包括i型層，其中i型層為a-Si。
3.根據權利要求1所述的Cu2ZnSnS4/a-Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于包括如下制備步驟: 步驟1、對襯底進行清洗，具中襯底選擇FTO玻璃或金屬薄片或金屬鍍膜的玻璃襯底； 步驟2、利用磁控濺射金屬多層膜預置層后續(xù)硫化法制備p型CZTS薄膜； 步驟3、用CVD法制備n型a -Si薄膜； 步驟4、利用磁控濺射法制備透明導電電扱。
4.根據權利要求3所述的Cu2ZnSnS4/a-Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于上述步驟2中所濺射的金屬多層膜預置層的ー個周期內順序從第一層到第三層依次為Zn/Sn/Cu 或 Sn/Zn/Cu 或 Cu/Zn/Sn 或 Zn/Cu/Sn 或 Sn/Cu/Zn 或 Cu/Sn/Zn。
5.根據權利要求4所述的Cu2ZnSnS4/a -Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于上述步驟2中所濺射的多層金屬薄膜各層厚度為50-150nm。
6.根據權利要求3所述的Cu2ZnSnS4/a-Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于上述步驟2中金屬多層膜的硫化溫度為450-650°C，硫化時間為60-140min。
7.根據權利要求3所述的Cu2ZnSnS4/a-Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于:上述步驟3用CVD法制備n型a -Si薄膜的過程，n型a -Si薄膜厚度為10_100nm。
8.根據權利要求3所述的Cu2ZnSnS4/a-Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于:上述步驟4中所采用的透明導電電極為ITO或AZO或FT0。
9.根據權利要求3所述的Cu2ZnSnS4/a-Si異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于:在P型層和n型層之間還包括i型層，其中i型層為a -Si，即步驟2和步驟3之間還包括用CVD法制備i型a -Si薄膜的步驟。
10.根據權利要求9所述的Cu2ZnSnS4/a-Si異質結太陽能電池的制備方法，所述用CVD法制備i型a -Si薄膜的過程，i型a -Si薄膜厚度為10_100nm。
全文摘要
本發(fā)明一種Cu2ZnSnS4/α-Si異質結太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池器件設計及新材料技術領域。該電池包括2種結構。第一種結構為由p型層、i型層和n型層構成異質p-i-n結，其中p型層為CZTS，其特征在于i型層和n型層都為α-Si，n型層上還沉積有透明導電電極。第二種結構為由p型層和n型層構成異質p-n結，其中p型層為CZTS，其特征在于n型層為α-Si，n型層上還沉積有透明導電電極。本發(fā)明制備的太陽能電池結構新穎且完全無毒廉價，具有廣闊的應用前景和很大的商業(yè)價值。
文檔編號H01L31/0392GK103094373SQ20111007414
公開日2013年5月8日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者沈鴻烈, 江豐, 王威, 張磊 申請人:南京航空航天大學