铜锌锡硫太阳能电池器件及其制备方法技术

一种铜锌锡硫太阳能电池器件，包括依次层叠的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层及窗口层，所述光吸收层为铜锌锡硫薄膜，所述缓冲层由ZnSxSe1-x制成，其中，0.44＜X＜1。上述铜锌锡硫太阳能电池采用由ZnSxSe1-x制成缓冲层，其与光吸收层之间的异质结具有较小的晶格失配度，界面处缺陷少，从而减小了载流子的复合率和暗电流，增大了铜锌锡硫太阳能电池的开路电压。同时还提供了一种用于制备上述铜锌锡硫太阳能电池器件的铜锌锡硫太阳能电池器件制备方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种铜锌锡硫太阳能电池器件，包括依次层叠的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层及窗口层，所述光吸收层为铜锌锡硫薄膜，所述缓冲层由ZnSxSe1-x制成，其中，0.44＜X＜1。上述铜锌锡硫太阳能电池采用由ZnSxSe1-x制成缓冲层，其与光吸收层之间的异质结具有较小的晶格失配度，界面处缺陷少，从而减小了载流子的复合率和暗电流，增大了铜锌锡硫太阳能电池的开路电压。同时还提供了一种用于制备上述铜锌锡硫太阳能电池器件的铜锌锡硫太阳能电池器件制备方法。【专利说明】
本专利技术涉及光伏技术，特别是涉及一种。
技术介绍
太阳能电池成本低重量轻，能在多种便宜的衬底上制备成器件，便于大规模生产，是未来太阳能电池发展的重要方向。铜锌锡硫(CZTS)太阳能电池能够同时兼顾高效率和低成本，由于其合金材料中的元素铜、锌、锡及硫的地球储量非常丰富，不含有毒成分，从而也克服了薄膜太阳能光伏材料的资源瓶颈，使得铜锌锡硫太阳能电池在大规模光伏发电上具有在未来逐渐取代铜铟镓硒(CIGS )太阳能电池的潜力。在铜基太阳能电池中，光吸收层与缓冲层及窗口层构成PN结。缓冲层在这里的作用主要是减小光吸收层和窗口层之间的带隙台阶，调节导带边失调值，降低晶格失配率，提高形成的PN结质量。在传统的铜锌锡硫太阳能电池中，缓冲层为硫化镉(CdS)缓冲层，铜锌锡硫薄膜组成的光吸收层与硫化镉缓冲层及窗口层构成PN结，但硫化镉缓冲层材料和铜锌锡硫光吸收层之间晶格失配率较高，晶格失配会使界面处缺陷增加，从而增加载流子的复合率，增加暗电流，限制铜锌锡硫太阳能电池的开路电压。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种缓冲层与光吸收层间晶格失配率较低的铜锌锡硫太阳能电池器件。一种铜锌锡硫太阳能电池器件，包括依次层叠的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层及窗口层，所述光吸收层为铜锌锡硫薄膜，所述缓冲层由ZnSxSei_x制成，其中，0.44 < X<I。在其中一个实施例中，所述缓冲层中，X的值为0.89。此外，还有必要提供一种上述铜锌锡硫太阳能电池器件的制备方法。一种铜锌锡硫太阳能电池器件制备方法，包括以下步骤:通过磁控溅射法，在衬底上制备背电极层；在所述背电极层上制备光吸收层，所述光吸收层为铜锌锡硫薄膜；采用共蒸发法，在所述光吸收层上沉积形成由ZnSxSei_x制成的缓冲层，其中，0.44<χ< I ;及通过磁控溅射法，在所述缓冲层上制备窗口层，得到铜锌锡硫太阳能电池器件。在其中一个实施例中，所述采用共蒸发法，在所述光吸收层上沉积形成由ZnSxSei_x制成的缓冲层的步骤具体为:将锌单质、硫单质及硒单质作为蒸发源，对所述锌单质、硫单质及硒单质进行共蒸发，以在所述光吸收层上沉积形成由ZnSxSei_x制成的缓冲层。在其中一个实施例中，在所述对所述锌单质、硒单质及硫单质进行共蒸发的步骤中，对所述锌单质的加热温度为450?550°C，对所述硫单质的加热温度为80?150°C，对所述硒单质的加热温度为150?250°C。在其中一个实施例中，在所述对所述锌单质、硒单质及硫单质进行共蒸发的步骤中，对所述锌单质、所述硫单质及所述硒单质的加热温度分别为500°C、13(TC及210°C，蒸发时间持续100S，蒸发结束后冷却20min。在其中一个实施例中，所述采用共蒸发法，在所述光吸收层上沉积形成由ZnSxSei_x制成的缓冲层的步骤具体为:将锌单质、硫化锌及硒单质作为蒸发源，对所述锌单质、硫化锌及硒单质进行共蒸发，以在所述光吸收层上沉积形成由ZnSxSei_x制成的缓冲层。在其中一个实施例中，在所述对所述锌单质、硫化锌及硒单质进行共蒸发的步骤中，对所述锌单质的加热温度为500°C，对所述硫化锌的加热温度为1050°C，对所述硒单质的加热温度为200°C。在其中一个实施例中，所述采用共蒸发法，在所述光吸收层上沉积形成由ZnSxSei_x制成的缓冲层的步骤具体为:将硒化锌、硫单质及硒单质作为蒸发源，对所述硒化锌、硫单质及硒单质进行共蒸发，以在所述光吸收层上沉积形成由ZnSxSei_x制成的缓冲层。在其中一个实施例中，所述在所述背电极层上制备光吸收层，所述光吸收层为铜锌锡硫薄膜的步骤具体为:对铜源、锌源、锡源及硫源进行共蒸发，以在所述背电极层上形成铜锌锡硫薄膜；或者，对铜靶、硫化锌靶和硫化锡靶进行磁控溅射，在所述背电极层上形成铜锌锡硫前驱层，对所述铜锌锡硫前驱层进行硫化退火，以在所述背电极层上形成铜锌锡硫薄膜。上述铜锌锡硫太阳能电池器件制备方法，与传统的相比，至少具有以下优点:首先，上述铜锌锡硫太阳能电池器件制备方法中，采用共蒸发法，在光吸收层上沉积形成由ZnSxSei_x制成的缓冲层。缓冲层与光吸收层之间的异质结具有较小的晶格失配度，界面处缺陷少，从而减小了载流子的复合率和暗电流，增大了铜锌锡硫太阳能电池器件的开路电压。此外，由ZnSxSei_x制成缓冲层的禁带宽度也远大于传统的硫化镉缓冲层的禁带宽度，进而减少了缓冲层对太阳光的吸收，使更多的太阳光透过缓冲层进入光吸收层。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术较佳实施例中的铜锌锡硫太阳能电池器件的结构图；图2为本专利技术的铜锌锡硫太阳能电池器件制备方法的流程图；图3为一实施例所制备的铜锌锡硫太阳能电池器件的具体结构图。【具体实施方式】为了解决传统的铜锌锡硫太阳能电池中，硫化镉缓冲层材料和铜锌锡硫光吸收层之间晶格失配率较高，使界面处缺陷增加，从而增加载流子的复合率，增加暗电流，限制铜锌锡硫太阳能电池的开路电压的问题，提出了一种缓冲层与光吸收层间晶格失配率较低的铜锌锡硫太阳能电池器件。请参阅图1，本专利技术较佳实施例中的铜锌锡硫太阳能电池器件100，包括依次层叠的衬底110、背电极层120、光吸收层130、缓冲层140及窗口层150。其中，光吸收层130为铜锌锡硫薄膜。将光能转换为电能时，光线从缓冲层140中透射出，并进入铜锌锡硫薄膜，铜锌锡硫薄膜用于对光的吸收和转换。缓冲层140由ZnSxSei_x制成，其中0.44 < X < I。对于铜基太阳能电池，其晶格失配度小于5%时为完全共格，介于5%?25%之间时为半共格。以最常见的铜铟镓硒太阳能电池为例，在镓组分为O?0.3时，铜铟镓硒薄膜构成的光吸收层与硫化镉缓冲层之间的异质结，即两层之间的界面区域的晶格失配度为1.54%?2.14%，属于完全共格，且具有较合适的导带边失调值。而对于铜锌锡硫太阳能电池器件100，如果其缓冲层140为硫化镉缓冲层时，则光吸收层130与硫化镉缓冲层之间的异质结的晶格失配度为7.8%，属于半共格，且导带边失调值也不合适。由ZnSxSei_x制成缓冲层140，其与光吸收层130之间的异质结具有较小的晶格失配度，当0.44 < X < I时，缓冲层140与光吸收层130之间的异质结的晶格失配度小于2.14%，其晶格失配度与铜铟镓硒太阳能电池中的异质结的晶格失配度基本一致，此时，缓冲层140的禁带宽度为3.0?3.6eV，远大于传统的硫化镉缓冲层2.4eV的禁带宽度。缓冲层140具有较大的禁带宽度，可以减少了缓冲层140对太阳光的吸收，使更多的太阳光透过缓冲层140进入光吸收层130。具体的，在由ZnSxSei_本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜锌锡硫太阳能电池器件，其特征在于，包括依次层叠的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层及窗口层，所述光吸收层为铜锌锡硫薄膜，所述缓冲层由ZnSxSe1?x制成，其中，0.44＜X＜1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐苗苗，杨春雷，冯叶，肖旭东，顾光一，程冠铭，郭延璐，于冰，鲍浪，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，香港中文大学，
类型：发明
国别省市：