專利名稱：一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電材料新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法。
背景技術(shù)：
面對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求和日益惡化的環(huán)境狀況，可再生清潔能源發(fā)展迫在眉睫。太陽能電池把取之不盡用之不竭的太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能具有廣闊的應(yīng)用前景。薄膜太陽能電池具有用料少、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，這是太陽能電池發(fā)展的重要方向。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池是目前技術(shù)最成熟、模組效率最高的薄膜太陽能電池，多年以來人們進(jìn)行了廣泛的研究。然而，銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的大規(guī)模普及受到其原料供應(yīng)的限制。銦屬于稀有金屬，礦產(chǎn)量較低，再加上液晶板的電極制造過程中會(huì)使用大量的銦材料，使得銦的價(jià)格持續(xù)走高，因此銅銦鎵硒薄膜太陽能電池成本仍然較高。銅鋅錫硫(CZTS)薄膜太陽能電池具有薄膜太陽能電池眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)兼具原材料豐富、無毒的優(yōu)點(diǎn)，受原材料供求關(guān)系影響小且對(duì)環(huán)境友好，因而是理想的光伏電池。2012年Mitzi，DavidB 在《Progress in Photovoltaics: Research and Applications》的 2012 年第 20 卷第I 期第 6 至 11 頁發(fā)表了 “Device characteristics of a 10.1% hydrazine-processedCu2ZnSn(Se, S)4 solar cell” (10.1%效率的聯(lián)氨工藝制備的銅鋅錫硫硒太陽能電池的器件表征)文章報(bào)道了目前世界最高效率(10.1%)的銅鋅錫硫族太陽能電池。盡管銅鋅錫硫太陽能電池原料價(jià)格低廉，但是背電極、吸收層、窗口層、頂電極等膜層的制備方法普遍采用真空蒸發(fā)或?yàn)R射的方法，制造成本較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足提供一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，本發(fā)明成本低廉并且適合太陽能電池的規(guī)?；笈可a(chǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，其步驟包括:a、提供襯底層；b、背電極層制備:采用電化學(xué)沉積法制備一層鑰或銀薄膜；c、吸收層制備:采用電化學(xué)沉積法制備銅鋅錫金屬前軀體，再通過硫化熱處理得到銅鋅錫硫薄膜；d、緩沖層制備:采用化學(xué)水浴法制備硫化鎘或硫化鋅薄膜；e、窗口層制備:采用化學(xué)水浴法制備本征氧化鋅窗口層薄膜；f、頂電極層制備:采用化學(xué)水浴法制備摻鋁氧化鋅頂電極層薄膜；g、柵電極制備:采用再流焊層壓復(fù)合工藝制備柵電極?？蛇x的，在步驟a中，所述襯底層為玻璃、不銹鋼、硅片、聚酰亞胺的其中一種。可選的，在步驟b中，所述電池背電極為鑰或銀薄膜，厚度為0.3 3微米?？蛇x的，在步驟c中，所述吸收層為銅鋅錫硫(CZTS)薄膜，其厚度為0.5 3微米。可選的，在步驟d中，所述緩沖層為硫化鎘(CdS)或硫化鋅(ZnS)或硫化銦(In2S3)薄膜，其厚度為20 200納米?？蛇x的，在步驟e中，所述窗口層為本征氧化鋅(1-ZnO)薄膜，其厚度為50 100納米。 可選的，在步驟f中，所述頂電極層為摻鋁氧化鋅(Al-ZnO)或氧化銦錫(IT0)的一種，其厚度為0.2 5微米。可選的，在步驟g中，所述柵電極為鎳、鋁、銅、銀或其合金。本發(fā)明具有以下突出的有益效果:由于本發(fā)明的制備方法除襯底以外的所有膜層完全是在非真空條件下進(jìn)行的，所以本發(fā)明具有工藝成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因而具有非常好的推廣利用價(jià)值。


附圖1是本發(fā)明的太陽能電池制備流程示意 附圖2是本發(fā)明的太陽能電池制備結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明:I襯底層，2背電極層，3吸收層，4緩沖層，5窗口層，6頂電極層，7柵電極層。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，本發(fā)明的薄膜太陽能電池制備方法由以下步驟制備:
首先進(jìn)行步驟SI，提供襯底層1，所述襯底層I為玻璃、不銹鋼、硅片、聚酰亞胺的其中
一種。
接著進(jìn)行步驟S2，背電極層2制備:采用銀鏡反應(yīng)法制備銀薄膜具體步驟為:在潔凈的容器里加入I毫升濃度為2%的硝酸銀溶液，再加入氫氧化鈉水溶液，然后一邊振蕩容器，可以看到白色沉淀，再一邊逐滴滴入2%的稀氨水，直到最初產(chǎn)生的沉淀恰好溶解為止，得到銀氨溶液；把玻璃襯底放入容器中，往容器中滴入葡萄糖溶液，振蕩后把容器放在熱水中溫?zé)帷２痪每梢钥吹?，容器?nèi)壁和玻璃基片上附著一層光亮如鏡的金屬銀薄膜。接著進(jìn)行步驟S3，吸收層3制備:采用電化學(xué)沉積法制備銅鋅錫金屬前軀體，再通過硫化熱處理得到銅鋅錫硫薄膜；金屬前軀體制備:分別用電鍍的方法制備銅、鋅、錫薄膜金屬前軀體，具體步驟為:銅薄膜鍍液參數(shù)及電流參數(shù)如表1:
表I__
權(quán)利要求
1.一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，其步驟包括:a、提供襯底層；b、背電極層制備:采用電化學(xué)沉積法制備一層鑰或銀薄膜；c、吸收層制備:采用電化學(xué)沉積法制備銅鋅錫金屬前軀體，再通過硫化熱處理得到銅鋅錫硫薄膜；d、緩沖層制備:采用化學(xué)水浴法制備硫化鎘或硫化鋅薄膜；e、窗口層制備:采用化學(xué)水浴法制備本征氧化鋅窗口層薄膜；f、頂電極層制備:采用化學(xué)水浴法制備摻鋁氧化鋅頂電極層薄膜；g、柵電極制備:采用再流焊層壓復(fù)合工藝制備柵電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，在步驟a中，所述襯底層為玻璃、不銹鋼、硅片、聚酰亞胺的其中一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，在步驟b中，所述電池背電極為鑰或銀薄膜，厚度為0.3 3微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，在步驟c中，所述吸收層為銅鋅錫硫(CZTS)薄膜，其厚度為0.5 3微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，在步驟d中，所述緩沖層為硫化鎘(CdS)或硫化鋅(ZnS)或硫化銦(In2S3)薄膜，其厚度為20 200納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，在步驟e中，所述窗口層為本征氧化鋅(1-ZnO)薄膜，其厚度為50 100納米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，在步驟f中，所述頂電極層為摻鋁氧化鋅(Al-ZnO)或氧化銦錫(ITO)的一種，其厚度為0.2 5微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，其特征是，在步驟g中，所述柵電極為鎳、鋁、銅、銀或其合金。
全文摘要
一種銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的全非真空工藝制備方法，屬于光電材料新能源技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明成本低廉并且適合太陽能電池的規(guī)?；笈可a(chǎn)，其步驟包括a、提供襯底層；b、背電極層制備:制備一層鉬或銀薄膜；c、吸收層制備制備銅鋅錫金屬前軀體，再通過硫化熱處理得到銅鋅錫硫薄膜；d、緩沖層制備制備硫化鎘或硫化鋅薄膜；e、窗口層制備制備本征氧化鋅窗口層薄膜；f、頂電極層制備制備摻鋁氧化鋅頂電極層薄膜；g、柵電極制備采用再流焊層壓復(fù)合工藝制備柵電極。本發(fā)明具有工藝成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因而具有非常好的推廣利用價(jià)值。
文檔編號(hào)H01L31/18GK103078010SQ201310040590
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月3日
發(fā)明者向勇, 張海濤, 謝夢(mèng), 張庶 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)