專利名稱：柔性cigs薄膜太陽(yáng)電池中無(wú)鎘緩沖層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種關(guān)于柔性CIGS薄膜太陽(yáng)電池中無(wú)鎘緩沖層的制備方法。
背景技術(shù)：
柔性CIGS薄膜太陽(yáng)電池中，緩沖層位于吸收層與窗口層之間的關(guān)鍵位置，對(duì)電池效率有非常關(guān)鍵的作用。目前實(shí)驗(yàn)室獲得最高效率的CIGS薄膜太陽(yáng)電池是采用硫化鎘為緩沖層。然而由于鎘是重金屬，鎘離子的環(huán)境污染問(wèn)題限制了其進(jìn)一步的開發(fā)應(yīng)用。同時(shí)硫化鎘薄膜的禁帶寬度只有2.4eV，對(duì)電池吸收層短波響應(yīng)有一定影響。因此開發(fā)無(wú)鎘的柔性CIGS太陽(yáng)電池成為了全球的熱點(diǎn)。硫化鋅是目前最有希望代替硫化鎘的緩沖層材料，硫化鋅比硫化鎘的帶隙略寬(其禁帶寬度為3.5-3.8eV)，與CIGS吸收層有更好的光譜匹配性，更重要的是硫化鋅不存在環(huán)境污染?；谀壳癈IGS太陽(yáng)電池自下而上的器件組裝工藝，緩沖層的制備是在CIGS吸收層之后，即硫化鋅緩沖層需要在CIGS吸收層表面成膜。就樣就限制了許多較成熟的薄膜制備工藝不能用于CIGS太陽(yáng)電池緩沖層的制備。如磁控濺射、物理氣相沉積等由于工藝過(guò)程中存在高能離子流或高溫，這些過(guò)程會(huì)對(duì)CIGS吸收層薄膜產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此在緩沖層制備中，最具優(yōu)勢(shì)的是化學(xué)水浴沉積法。該法不僅工藝簡(jiǎn)單、制備面積大、成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、不要求真空系統(tǒng)、沉積溫度較低，可生長(zhǎng)出穩(wěn)定性好、質(zhì)量高的多晶或非晶半導(dǎo)體薄膜，更重要的是制備硫化鋅緩沖層 的過(guò)程是環(huán)境友好的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種硫化鋅薄膜制備的方法，制得高質(zhì)量的緩沖層薄膜以保證整個(gè)柔性CIGS薄膜太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)化效率，包括如下步驟:步驟一，在柔性襯底上依次沉積阻擋層、背電極層和CIGS吸收層；步驟二，配制好含有鋅源、硫源、絡(luò)合劑和緩沖劑的溶液，形成反應(yīng)溶液；步驟三，將樣品置于反應(yīng)溶液中，攪拌加熱開始進(jìn)行制膜；步驟四，將樣品非沉積面擦拭掉，干燥后備用。在優(yōu)選的實(shí)例中，步驟一中的柔性襯底為不銹鋼襯底，阻擋層為鉻，背電極層為鑰。在優(yōu)選的實(shí)例中，步驟二中的鋅源為醋酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅和硝酸鋅的其中之一，優(yōu)選醋酸鋅，濃度為0.015-0.040mol/L;硫源為硫脲、硫化鈉及硫代乙酰胺的其中之一，優(yōu)選硫脲，濃度為0.02-0.04mol/L ;絡(luò)合劑為檸檬酸鈉、酒石酸、氨水及水合肼的其中之一，優(yōu)選檸檬酸鈉和酒石酸，濃度分別為0.01-0.03mol/L、0.010-0.030mol/L ;緩沖鹽溶液包括氨水、醋酸氨、氯化銨、硝酸氨及硫酸銨的至少其中之一，優(yōu)選氨水；反應(yīng)溶液的PH值為 9.5-10.5。在優(yōu)選的實(shí)例中，步驟三中反應(yīng)溫度為75-85 °C，沉積時(shí)間為30-90min，攪拌采用磁力攪拌或超聲振蕩。
在優(yōu)選的實(shí)例中，步驟四中擦拭非沉積面的為稀酸，優(yōu)選稀鹽酸；干燥為高純氮?dú)飧稍?。在?yōu)選的實(shí)例中，由此方法制備出的硫化鋅薄膜厚度為50_100nm。


圖1為本發(fā)明硫化鋅薄膜制備方法的流程圖。圖2為本發(fā)明硫化鋅薄膜制備的簡(jiǎn)易裝置示意圖(磁力攪拌控制)。其中，1-磁力攪拌控制與加熱器；2_支架裝置；3_酸度計(jì)；4_固定襯底的夾子；5_熱電偶；6-襯底；7-支架；8_磁子；9_反應(yīng)溶液；10_水。圖3為本發(fā)明硫化鋅薄膜制備的簡(jiǎn)易裝置示意圖(超聲振蕩控制)。其中，1-支架裝置；2_酸度計(jì)；3-固定襯底的夾子；4-襯底；5_熱電偶；6_反應(yīng)溶液；7_超聲發(fā)生器；8-水；9_水浴加熱裝置。
具體實(shí)施例方式以下配合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做更詳細(xì)的說(shuō)明。參閱附圖1，為 本發(fā)明硫化鋅薄膜制備方法的流程圖。如圖1，本發(fā)明的硫化鋅緩沖層的制備，首先由步驟Si開始，即首先在清洗好的不銹鋼襯底上依次沉積阻擋層、背電極層和CIGS吸收層。接著進(jìn)行步驟S2，配制含有鋅源、硫源、絡(luò)合劑和緩沖劑的反應(yīng)溶液，其中最優(yōu)的各物質(zhì)配比為:醋酸鋅濃度為0.025mol/L，硫脲濃度為0.03mol/L，絡(luò)合劑為檸檬酸鈉0.02mol/L和酒石酸0.018mol/L，用氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值至9.5-10.5。在步驟S3中，將樣品在烘箱中烘干，趁熱迅速放入反應(yīng)溶液中，開始對(duì)反應(yīng)溶液進(jìn)行加熱，此過(guò)程需要超聲或者磁力攪拌。30-90min后進(jìn)行步驟S4，將非沉積面用稀鹽酸擦拭，純水洗凈。最后在步驟S5中，再用高純氮?dú)鈱⑵浯蹈桑詡湟院蠛罄m(xù)工藝使用。
權(quán)利要求
1.硫化鋅緩沖層的制備方法，是在柔性襯底(柔性襯底上附著阻擋層、背電極層及CIGS吸收層，以下簡(jiǎn)稱樣品)上形成硫化鋅薄膜，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟一，在柔性襯底上依次沉積阻擋層、背電極層和CIGS吸收層； 步驟二，配制好含有鋅源、硫源、絡(luò)合劑和緩沖劑的溶液，形成反應(yīng)溶液； 步驟三，將樣品置于反應(yīng)溶液中，攪拌加熱開始進(jìn)行制膜； 步驟四，將樣品非沉積面擦拭掉，干燥后備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于步驟一中的柔性襯底為不銹鋼襯底，阻擋層為鉻，背電極層為鑰。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于步驟二中的鋅源為醋酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅和硝酸鋅的其中之一，優(yōu)選醋酸鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于步驟二中的硫源為硫脲、硫化鈉及硫代乙酰胺的其中之一，優(yōu)選硫脲。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于步驟二中的絡(luò)合劑為檸檬酸鈉、酒石酸、氨水及水合肼的其中之一，優(yōu)選檸檬酸鈉和酒石酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于步驟二中的緩沖鹽溶液包括氨水、醋酸氨、氯化銨、硝酸氨及硫酸銨的至少其中之一，優(yōu)選氨水。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于步驟二中的反應(yīng)溶 pH 值為 9. 5-10. 5。
8.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于步驟三中反應(yīng)溫度為75-85°C，沉積時(shí)間為30-90min，攪拌采用磁力攪拌或超聲振蕩。
9.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于步驟四中擦拭非沉積面的為稀酸，優(yōu)選稀鹽酸；干燥為高純氮?dú)飧稍铩?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的硫化鋅緩沖層的制備方法，其特征在于由此方法制備出的硫化鋅薄膜厚度為50-100nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種關(guān)于柔性CIGS薄膜太陽(yáng)電池中無(wú)鎘緩沖層的制備方法，此方法是化學(xué)水浴沉積法，制備的無(wú)鎘緩沖層為硫化鋅薄膜。該法的優(yōu)勢(shì)在于工藝簡(jiǎn)單、制備面積大、成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、不要求真空系統(tǒng)、沉積溫度較低，可生長(zhǎng)出穩(wěn)定性好、質(zhì)量高的多晶或非晶半導(dǎo)體薄膜。更重要的是制備硫化鋅的過(guò)程不存在環(huán)境污染?；瘜W(xué)水浴法沉積硫化鋅薄膜包括以下步驟步驟一，在柔性襯底依次沉積阻擋層、背電極層和CIGS吸收層，形成樣品；步驟二，配制好含有鋅源、硫源、絡(luò)合劑和緩沖劑的反應(yīng)溶液；步驟三，將樣品置于反應(yīng)溶液中，攪拌加熱開始進(jìn)行制膜；步驟四，將樣品干燥處理備用。
文檔編號(hào)C23C18/00GK103255396SQ20121003580
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者孫玉娣 申請(qǐng)人:任丘市永基光電太陽(yáng)能有限公司