一種柔性銅鋅錫硫薄膜太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及的是一種柔性銅鋅錫硫薄膜太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅銦鎵砸(CuInxGa1 xSe2)薄膜太陽能電池具有轉(zhuǎn)換效率高、長期穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率超過20%等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的薄膜太陽電池之一。隨著多家公司相繼提出并逐步實(shí)現(xiàn)CuInxGa1 3^62太陽能電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，CuInxGa1 xSe2太陽能電池的發(fā)展已經(jīng)邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，目前其大面積組件的效率已超過15%，全球年產(chǎn)能超過1GW。
[0003]然而，CuInxGa1 xSe2吸收層中的In、Ga、Se為稀有元素且有一定的毒性，嚴(yán)重制約了 CuInxGa1 xSe2薄膜電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。尋找價(jià)格低廉且更加環(huán)保的代替材料成為近年來本領(lǐng)域技術(shù)人員重點(diǎn)研究的課題。
[0004]同為黃銅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體化合物銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)被認(rèn)為是最有可能成為取代CuInxGa1 xSe2K收層的材料。Cu2ZnSnS4是P型半導(dǎo)體，光學(xué)帶隙1.5eV，光吸收系數(shù)高達(dá)104cm \適合作為薄膜太陽能電池的吸收層。和In、Ga、Se相比，Zn、Sn和S的儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、毒性低且環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的稀有元素使用量大、有污染且成本較高的問題，本發(fā)明提供一種稀有元素較少且綠色環(huán)保的柔性銅鋅錫硫薄膜太陽能電池。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種柔性銅鋅錫硫薄膜太陽能電池，包括柔性襯底，以及在柔性襯底上由下至上逐層沉積而成的Mo背電極層、CujjZnSnS^^^K收層、CdS緩沖層、AZ0/i_Zn0窗口層、MgF 2減反層和N1-Al柵電極。
[0007]其中，所述柔性襯底為聚亞酰胺薄膜、不銹鋼薄板、Ni薄膜中的一種。
[0008]具體地，所述Mo背電極層由上下層疊設(shè)置的高阻尼層和低阻尼層組成。
[0009]進(jìn)一步地，所述高阻尼層的厚度為100±5 nm，低阻尼層的厚度為500±25 nm。
[0010]更具體地，所述AZ0/1-Zn0窗口層由上下層疊設(shè)置的本征ZnO阻擋層和摻鋁ZnO導(dǎo)電層組成。
[0011]進(jìn)一步地，所述本征ZnO阻擋層的厚度為50±3 nm，摻鋁ZnO導(dǎo)電層的厚度為400 ±20 nm。
[0012]作為優(yōu)選，所述Cu2ZnSnS4光吸收層的厚度為2±0.1 μm，所述CdS緩沖層的厚度為80 土4nm，所述MgF^反層的厚度為100 ± 5 μ m，所述N1-Al柵電極的厚度為1.2 ±0.06 μ m。
[0013]基于上述構(gòu)造，本發(fā)明還提供了該柔性銅鋅錫硫薄膜太陽能電池的制備方法，包括如下步驟: (1)選用相應(yīng)的柔性襯底，經(jīng)超聲清洗后由氮?dú)獯蹈桑?br> (2)采用直流濺射工藝在柔性襯底上沉積Mo背電極層；
(3)采用共蒸發(fā)法在Mo背電極層上沉積一層厚度為2±0.1 μ m的Cu2ZnSnS4薄膜，作為光吸收層；
(4)通過化學(xué)水浴法在Cu2ZnSnS4光吸收層上沉積一層厚度為80±4nm的CdS薄膜，作為緩沖層；
(5)采用濺射法在CdS緩沖層上沉積AZO/1-ZnO窗口層；
(6)采用蒸發(fā)法在AZO/1-ZnO窗口層上先后沉積厚度為100±5μπι的MgF^反層和厚度為1.2±0.06 μπι的N1-Al柵電極，制成柔性銅鋅錫硫薄膜太陽能電池。
[0014]所述步驟(2)中，先在如下條件下濺射沉積厚度為100±5 nm的高阻尼層:Ar氣氛圍，Ar氣流量80sccm，襯底轉(zhuǎn)速25r/min，工作壓強(qiáng)IPa，濺射功率60W，濺射時(shí)間40min ;再在下述條件下派射沉積厚度為500 ±25 nm的低阻尼層:Ar氣氛圍，Ar氣流量16sccm，襯底轉(zhuǎn)速25 r/min，工作壓強(qiáng)0.2 Pa，濺射功率180W，濺射時(shí)間150min，形成Mo背電極層。
[0015]所述步驟(5)中，先利用射頻濺射工藝在CdS緩沖層上沉積厚度為50±3 nm的本征ZnO阻擋層，再利用直流濺射工藝在本征ZnO阻擋層上沉積厚度為400±20 nm的摻鋁ZnO導(dǎo)電層，形成AZO/1-ZnO窗口層。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明采用Cu2ZnSnS4作為薄膜太陽能電池的光吸收層，用對(duì)環(huán)境友好的Zn、Sn和S取代稀有元素In、Ga和Se，減少了薄膜電池中稀有元素的含量，降低了薄膜太陽能電池及其器件的制造成本，而且本發(fā)明構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用的稀有元素少，綠色環(huán)保，成本低廉，易于生產(chǎn)和制造，具有廣泛的應(yīng)用前景，適合推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的層狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]上述附圖中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱如下:
1-柔性襯底，2-Mo背電極層，3- Cu2ZnSnS4光吸收層，4- CdS緩沖層，5- AZO/1-ZnO窗口層，6-1%?2減反層，7-N1-Al柵電極。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0020]該柔性銅鋅錫硫薄膜太陽能電池，包括柔性襯底1，以及在柔性襯底上由下至上逐層沉積而成的Mo背電極層2、Cu2ZnSnS4*吸收層3、CdS緩沖層4、AZ0/i_Zn0窗口層5、MgF2減反層6和N1-Al柵電極7。其核心層由Cu2ZnSnS4取代了傳統(tǒng)的CuInGaSe 2作為光吸收層。本實(shí)施例中以聚亞酰胺薄膜作為柔性襯底，并且Mo背電極層和AZ0/1-Zn0窗口層均采用雙層結(jié)構(gòu)。具體地，所述Mo背電極層由上下層疊設(shè)置的高阻尼層和低阻尼層組成，其中，所述高阻尼層的厚度為100±5 nm，低阻尼層的厚度為500±25 nm ;所述AZ0/1-Zn0窗口層由上下層疊設(shè)置的本征ZnO阻擋層和摻鋁ZnO導(dǎo)電層組成，其中，所述本征ZnO阻擋層的厚度為50±3 nm，摻鋁ZnO導(dǎo)電層的厚度為400±20 nm。進(jìn)一步地，作為優(yōu)選，所述Cu2ZnSnS4光吸收層的厚度為2±0.1 μπι，