缓冲层、无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池及制备方法

本申请涉及薄膜太阳能电池，特别涉及一种缓冲层、无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、光伏发电是将“取之不尽，用之不竭”的清洁太阳能电池直接转化为电能的一种新能源技术。大力发展光伏技术并促进其大规模应用是推进能源结构转型的重要途径。光伏发电是通过太阳能电池实现的，经过60多年的发展，涌现了各类太阳能电池，其中新型薄膜太阳能电池拥有低成本、高效率，且适用于多场景应用的优点。目前已经商业化应用的有砷化镓(gaas)、碲化镉(cdte)和铜铟镓硒(cigs)薄膜太阳能电池，但也存在着价格昂贵，原材料稀有等不足，导致产能受限难以满足日益增长的光伏发电需求。

2、而铜锌锡硒太阳能电池作为一种新型薄膜太阳能电池，其吸光系数高、弱光响应好、稳定性高、环境友好、组成元素储量丰富且价格低廉等优点，近年来受到越来越多的关注。铜锌锡硒太阳能电池目前实验室认证效率已经达到了13％。

3、迄今为止，cztse薄膜太阳能电池的所有创造记录效率都是使用cds缓冲层制得的，同时cds缓冲层制备方面也建立了标准技术(化学浴沉积，cbd)。然而，cds缓冲层的制备过程存在着重金属镉污染的隐患，并且cds带隙eg约为2.4ev，不利于对短波长(＜520nm)光子的收集。

技术实现思路

1、鉴于此，有必要针对当前的无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池存在的环境污染隐患且由于带隙短不利于对短波长光子的收集的技术问题，提供一种环境友好并可收集更多短波长光子以提高效率的缓冲层、无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池及制备方法。

2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

3、本申请目的之一，提供了一种缓冲层的制备方法，包括下述步骤：

4、在衬底的mo背电极上沉积cztse吸收层；

5、以射频磁控溅射法在所述cztse吸收层上沉积zn1-xalxs缓冲层，0＜x＜1，其中，所述射频磁控溅射法的工作气体为氩气和h2s，氩气流量30～60sccm，

6、h2s流量2～3sccm，射频溅射功率120w/300w，射频溅射5～10min。

7、在其中一些实施例中，在衬底的mo背电极上沉积cztse吸收层的步骤中，具体包括下述步骤：

8、通过单步共蒸工艺在所述衬底的mo背电极上生长cztse前驱体薄膜，所述cztse前驱体薄膜的厚度为1.5～2μm。

9、在其中一些实施例中，所述衬底包括钠钙玻璃材料或不锈钢箔材料或钛箔材料。

10、在其中一些实施例中，所述射频磁控溅射法的磁控溅射靶材是纯度为99.99％的zn1-xalxs复合金属靶，0＜x＜1，靶材长254mm，宽101mm，厚度6.35mm。

11、在其中一些实施例中，采用所述射频磁控溅射法的射频溅射过程中先采用低功率120w溅射2-3分钟，再用高功率300w溅射3-8min。

12、在其中一些实施例中，所述zn1-xalxs缓冲层的厚度为40～150nm。

13、本申请还提供了一种缓冲层，由所述的制备方法制备得到。

14、本申请还提供了一种无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

15、提供一衬底；

16、在所述衬底上沉积mo背电极；

17、在所述mo背电极上沉积cztse吸收层；

18、以射频磁控溅射法在所述cztse吸收层上沉积zn1-xalxs缓冲层，0＜x＜1，其中，所述射频磁控溅射法的工作气体为氩气和h2s，氩气流量30～60sccm，

19、h2s流量2～3sccm，射频溅射功率120w/300w，射频溅射5～10min；

20、在所述zn1-xalxs缓冲层表面制备窗口层和透明导电层；

21、在所述透明导电层表面制备栅极。

22、在其中一些实施例中，在所述zn1-xalxs缓冲层表面制备窗口层和透明导电层的步骤中，具体包括下述步骤：

23、将所述zn1-xalxs缓冲层放入射频磁控溅射腔室内，充入流量比为18：1～20:1的氩气和氧气，在zn1-xalxs缓冲层表面依次溅射i-zno窗口层以及azo透明导电层。

24、在其中一些实施例中，在所述透明导电层表面制备栅极的步骤中，具体包括下述步骤：

25、通过热蒸镀方法在透明导电层表面蒸镀100～150nm的ni以及4000～5000nm的al作为cztse电池的阴极。

26、本申请还提供了一种无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池，由任一项所述的无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池的制备方法制备得到。

27、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：

28、本申请提供的缓冲层、无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池及制备方法，通过射频磁控溅射法沉积zn1-xalxs缓冲层，通入h2s和氩气并且控制其流量来调整zn1-xalxs缓冲层的生长，其优点在于既能替换掉重金属镉带来的安全隐患，拓宽带隙，又能通过掺杂al来提高zns的施主浓度，促进载流子的运输，是一种有利于器件收集更多短波长光子，从而提高效率的宽禁带缓冲层。同时，本发明提供的缓冲层、无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池及制备方法，使用的射频磁控溅射工艺还有效地提高了cztse薄膜太阳能电池组件制备工艺的一致性，更便于流水线生产，一次成型，降低样品在不同工艺间转移时受到的污染，提高了生产效率和良品率。

技术特征：

1.一种缓冲层的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.如权利要求1所述的缓冲层的制备方法，其特征在于，在衬底的mo背电极上沉积cztse吸收层的步骤中，具体包括下述步骤：

3.如权利要求1所述的缓冲层的制备方法，其特征在于，所述衬底包括钠钙玻璃材料或不锈钢箔材料或钛箔材料。

4.如权利要求1所述的缓冲层的制备方法，其特征在于，所述射频磁控溅射法的磁控溅射靶材是纯度为99.99％的zn1-xalxs复合金属靶，0＜x＜1，靶材长254mm，宽101mm，厚度6.35mm。

5.如权利要求1所述的缓冲层的制备方法，其特征在于，采用所述射频磁控溅射法的射频溅射过程中先采用低频120w溅射2-3分钟，再用高频300w溅射3-8min。

6.如权利要求1所述的缓冲层的制备方法，其特征在于，所述zn1-xalxs缓冲层的厚度为40～150nm。

7.一种缓冲层，其特征在于，由权利要求1至6任一项所述的制备方法制备得到。

8.一种无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述zn1-xalxs缓冲层表面制备窗口层和透明导电层的步骤中，具体包括下述步骤：

10.如权利要求8所述的无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述透明导电层表面制备栅极的步骤中，具体包括下述步骤：

11.一种无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池，其特征在于，由权利要求9至10任一项所述的无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池的制备方法制备得到。

技术总结本申请提供的缓冲层、无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池及制备方法，通过射频磁控溅射法沉积Zn<subgt;1‑x</subgt;Al<subgt;x</subgt;S缓冲层，通入H<subgt;2</subgt;S和氩气并且控制其流量来调整Zn<subgt;1‑x</subgt;Al<subgt;x</subgt;S缓冲层的生长，其优点在于既能替换掉重金属镉带来的安全隐患，拓宽带隙，又能通过掺杂Al来提高ZnS的施主浓度，促进载流子的运输，是一种有利于器件收集更多短波长光子，从而提高效率的宽禁带缓冲层。同时，本发明提供的缓冲层、无镉铜锌锡硒薄膜太阳能电池及制备方法，使用的射频磁控溅射工艺还有效地提高了CZTSe薄膜太阳能电池组件制备工艺的一致性，更便于流水线生产，一次成型，降低样品在不同工艺间转移时受到的污染，提高了生产效率和良品率。技术研发人员：冯叶,王淑兰,杨春雷,常天赐,刘郑灏,陈舒婷,胡吉翔,梁博文,钟国华受保护的技术使用者：中国科学院深圳先进技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/16