銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件及其制備方法
【專利摘要】一種銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件，包括依次層疊的襯底、背電極層、光吸收層、緩沖層及窗口層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜，所述緩沖層由ZnSxSe1-x制成，其中，0.44＜X＜1。上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池采用由ZnSxSe1-x制成緩沖層，其與光吸收層之間的異質(zhì)結(jié)具有較小的晶格失配度，界面處缺陷少，從而減小了載流子的復(fù)合率和暗電流，增大了銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓。同時(shí)還提供了一種用于制備上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法。
【專利說(shuō)明】銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏技術(shù)，特別是涉及一種銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池成本低重量輕，能在多種便宜的襯底上制備成器件，便于大規(guī)模生產(chǎn)，是未來(lái)太陽(yáng)能電池發(fā)展的重要方向。銅鋅錫硫(CZTS)太陽(yáng)能電池能夠同時(shí)兼顧高效率和低成本，由于其合金材料中的元素銅、鋅、錫及硫的地球儲(chǔ)量非常豐富，不含有毒成分，從而也克服了薄膜太陽(yáng)能光伏材料的資源瓶頸，使得銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池在大規(guī)模光伏發(fā)電上具有在未來(lái)逐漸取代銅銦鎵硒(CIGS )太陽(yáng)能電池的潛力。
[0003]在銅基太陽(yáng)能電池中，光吸收層與緩沖層及窗口層構(gòu)成PN結(jié)。緩沖層在這里的作用主要是減小光吸收層和窗口層之間的帶隙臺(tái)階，調(diào)節(jié)導(dǎo)帶邊失調(diào)值，降低晶格失配率，提高形成的PN結(jié)質(zhì)量。
[0004]在傳統(tǒng)的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池中，緩沖層為硫化鎘(CdS)緩沖層，銅鋅錫硫薄膜組成的光吸收層與硫化鎘緩沖層及窗口層構(gòu)成PN結(jié)，但硫化鎘緩沖層材料和銅鋅錫硫光吸收層之間晶格失配率較高，晶格失配會(huì)使界面處缺陷增加，從而增加載流子的復(fù)合率，增加暗電流，限制銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種緩沖層與光吸收層間晶格失配率較低的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件。
[0006]一種銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件，包括依次層疊的襯底、背電極層、光吸收層、緩沖層及窗口層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜，所述緩沖層由ZnSxSei_x制成，其中，0.44 < X
<I。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述緩沖層中，X的值為0.89。
[0008]此外，還有必要提供一種上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的制備方法。
[0009]一種銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，包括以下步驟:
[0010]通過(guò)磁控濺射法，在襯底上制備背電極層；
[0011]在所述背電極層上制備光吸收層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜；
[0012]采用共蒸發(fā)法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層，其中，0.44<χ< I ;及
[0013]通過(guò)磁控濺射法，在所述緩沖層上制備窗口層，得到銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述采用共蒸發(fā)法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層的步驟具體為:將鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)所述鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述對(duì)所述鋅單質(zhì)、硒單質(zhì)及硫單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)的步驟中，對(duì)所述鋅單質(zhì)的加熱溫度為450?550°C，對(duì)所述硫單質(zhì)的加熱溫度為80?150°C，對(duì)所述硒單質(zhì)的加熱溫度為150?250°C。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述對(duì)所述鋅單質(zhì)、硒單質(zhì)及硫單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)的步驟中，對(duì)所述鋅單質(zhì)、所述硫單質(zhì)及所述硒單質(zhì)的加熱溫度分別為500°C、13(TC及210°C，蒸發(fā)時(shí)間持續(xù)100S，蒸發(fā)結(jié)束后冷卻20min。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述采用共蒸發(fā)法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層的步驟具體為:將鋅單質(zhì)、硫化鋅及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)所述鋅單質(zhì)、硫化鋅及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述對(duì)所述鋅單質(zhì)、硫化鋅及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)的步驟中，對(duì)所述鋅單質(zhì)的加熱溫度為500°C，對(duì)所述硫化鋅的加熱溫度為1050°C，對(duì)所述硒單質(zhì)的加熱溫度為200°C。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述采用共蒸發(fā)法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層的步驟具體為:將硒化鋅、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)所述硒化鋅、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述背電極層上制備光吸收層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜的步驟具體為:對(duì)銅源、鋅源、錫源及硫源進(jìn)行共蒸發(fā)，以在所述背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜；或者，對(duì)銅靶、硫化鋅靶和硫化錫靶進(jìn)行磁控濺射，在所述背電極層上形成銅鋅錫硫前驅(qū)層，對(duì)所述銅鋅錫硫前驅(qū)層進(jìn)行硫化退火，以在所述背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜。
[0021]上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，與傳統(tǒng)的相比，至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]首先，上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法中，采用共蒸發(fā)法，在光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層。緩沖層與光吸收層之間的異質(zhì)結(jié)具有較小的晶格失配度，界面處缺陷少，從而減小了載流子的復(fù)合率和暗電流，增大了銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的開(kāi)路電壓。
[0023]此外，由ZnSxSei_x制成緩沖層的禁帶寬度也遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的硫化鎘緩沖層的禁帶寬度，進(jìn)而減少了緩沖層對(duì)太陽(yáng)光的吸收，使更多的太陽(yáng)光透過(guò)緩沖層進(jìn)入光吸收層。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例中的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法的流程圖；
[0026]圖3為一實(shí)施例所制備的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的具體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了解決傳統(tǒng)的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池中，硫化鎘緩沖層材料和銅鋅錫硫光吸收層之間晶格失配率較高，使界面處缺陷增加，從而增加載流子的復(fù)合率，增加暗電流，限制銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓的問(wèn)題，提出了一種緩沖層與光吸收層間晶格失配率較低的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件。
[0028]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施例中的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件100，包括依次層疊的襯底110、背電極層120、光吸收層130、緩沖層140及窗口層150。其中，光吸收層130為銅鋅錫硫薄膜。將光能轉(zhuǎn)換為電能時(shí)，光線從緩沖層140中透射出，并進(jìn)入銅鋅錫硫薄膜，銅鋅錫硫薄膜用于對(duì)光的吸收和轉(zhuǎn)換。緩沖層140由ZnSxSei_x制成，其中0.44 < X < I。
[0029]對(duì)于銅基太陽(yáng)能電池，其晶格失配度小于5%時(shí)為完全共格，介于5%?25%之間時(shí)為半共格。以最常見(jiàn)的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池為例，在鎵組分為O?0.3時(shí)，銅銦鎵硒薄膜構(gòu)成的光吸收層與硫化鎘緩沖層之間的異質(zhì)結(jié)，即兩層之間的界面區(qū)域的晶格失配度為
1.54%?2.14%，屬于完全共格，且具有較合適的導(dǎo)帶邊失調(diào)值。而對(duì)于銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件100，如果其緩沖層140為硫化鎘緩沖層時(shí)，則光吸收層130與硫化鎘緩沖層之間的異質(zhì)結(jié)的晶格失配度為7.8%，屬于半共格，且導(dǎo)帶邊失調(diào)值也不合適。
[0030]由ZnSxSei_x制成緩沖層140，其與光吸收層130之間的異質(zhì)結(jié)具有較小的晶格失配度，當(dāng)0.44 < X < I時(shí)，緩沖層140與光吸收層130之間的異質(zhì)結(jié)的晶格失配度小于
2.14%，其晶格失配度與銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池中的異質(zhì)結(jié)的晶格失配度基本一致，此時(shí)，緩沖層140的禁帶寬度為3.0?3.6eV，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的硫化鎘緩沖層2.4eV的禁帶寬度。緩沖層140具有較大的禁帶寬度，可以減少了緩沖層140對(duì)太陽(yáng)光的吸收，使更多的太陽(yáng)光透過(guò)緩沖層140進(jìn)入光吸收層130。
[0031]具體的，在由ZnSxSei_x制成緩沖層140中，X的值為0.89，此時(shí)緩沖層140與光吸收層130之間的異質(zhì)結(jié)的晶格失配度為0，禁帶寬度為3.54eV。
[0032]上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件100與傳統(tǒng)的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池相比，至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0033]首先，上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件100采用由ZnSxSeh制成緩沖層140，其與光吸收層130之間的異質(zhì)結(jié)具有較小的晶格失配度，界面處缺陷少，從而減小了載流子的復(fù)合率和暗電流，增大了銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件100的開(kāi)路電壓。
[0034]此外，由ZnSxSei_x制成緩沖層140的禁帶寬度也遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的硫化鎘緩沖層的禁帶寬度，進(jìn)而減少了緩沖層140對(duì)太陽(yáng)光的吸收，使更多的太陽(yáng)光透過(guò)緩沖層140進(jìn)入光吸收層130。
[0035]本發(fā)明還提供了上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的制備方法，請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，包括以下步驟:
[0036]步驟S210，通過(guò)磁控濺射法，在襯底上制備背電極層。
[0037]對(duì)襯底進(jìn)行清潔。在真空條件下，往磁控濺射腔室中通入一定的保護(hù)氣體，通過(guò)對(duì)鑰靶進(jìn)行磁控濺射，以在襯底上形成背電極層。
[0038]步驟S220，在背電極層上制備光吸收層，光吸收層為銅鋅錫硫薄膜。
[0039]在本實(shí)施例中，采用共蒸發(fā)法，在背電極層上制備光吸收層。其具體為:
[0040]步驟S220a，對(duì)銅源、鋅源、錫源及硫源進(jìn)行共蒸發(fā)，以在背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜。
[0041]在真空條件下，對(duì)鍍有背電極層的襯底進(jìn)行加熱，打開(kāi)銅源、鋅源、錫源及硫源的加熱電源，以對(duì)銅源、鋅源、錫源及硫源進(jìn)行共蒸發(fā)，產(chǎn)生的各元素蒸汽沉積于背電極層上，在背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜。銅鋅錫硫薄膜只作為銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的光吸收層。
[0042]也可以采用磁控濺射法取代共蒸發(fā)法，在背電極層上制備光吸收層。其具體為:
[0043]步驟S220b，對(duì)銅靶、硫化鋅靶和硫化錫靶進(jìn)行磁控濺射，在背電極層上形成銅鋅錫硫前驅(qū)層，對(duì)銅鋅錫硫前驅(qū)層進(jìn)行硫化退火，以在背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜。[0044]對(duì)銅靶、硫化鋅靶和硫化錫靶進(jìn)行磁控濺射，在背電極層上形成銅鋅錫硫前驅(qū)層，對(duì)銅鋅錫硫前驅(qū)層進(jìn)行冷卻。將銅鋅錫硫前驅(qū)層至于退火爐中，對(duì)退火爐進(jìn)行抽真空，并通入硫化氫氣體及保護(hù)氣體，對(duì)銅鋅錫硫前驅(qū)層進(jìn)行高溫退火，使銅鋅錫硫前驅(qū)層與硫化氫氣體反應(yīng)制得銅鋅錫硫薄膜。銅鋅錫硫薄膜作為銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的光吸收層。
[0045]步驟S230，采用共蒸發(fā)法，在光吸收層上沉積形成由ZnSxSeh制成的緩沖層。
[0046]在本實(shí)施例中，步驟S230具體為:將鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層。
[0047]對(duì)襯底進(jìn)行加熱，同時(shí)采用鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層。對(duì)襯底的加熱溫度不能太高，一般在250°C以下，以防止溫度過(guò)高，使得光吸收層和緩沖層之間出現(xiàn)相互擴(kuò)散。
[0048]上述步驟中，對(duì)鋅單質(zhì)的加熱溫度為450?550°C，對(duì)硫單質(zhì)的加熱溫度為80?150°C，對(duì)硒單質(zhì)的加熱溫度為150?250°C。通過(guò)各蒸發(fā)源施加不同的加熱溫度，來(lái)控制各組分沉積速率，以改變各組分在緩沖層中的配比，從而控制X值的范圍，以得到合適的X值的緩沖層。
[0049]需要指出的是，上述蒸發(fā)源中，可采用硫化鋅取代硫單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)鋅單質(zhì)、硫化鋅及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，或者采用硒化鋅取代鋅單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)硒化鋅、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層。
[0050]步驟S240，通過(guò)磁控濺射法，在緩沖層上制備窗口層，得到銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件。
[0051]通過(guò)磁控濺射法，在緩沖層上分別沉積形成氧化鋅層(ZnO)及摻鋁氧化鋅層(Al:ZnO)，并共同作為窗口層，得到銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件。
[0052]上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，與傳統(tǒng)的相比，至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0053]首先，上述銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法中，采用共蒸發(fā)法，在光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層。緩沖層與光吸收層之間的異質(zhì)結(jié)具有較小的晶格失配度，界面處缺陷少，從而減小了載流子的復(fù)合率和暗電流，增大了銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的開(kāi)路電壓。
[0054]此外，由ZnSxSei_x制成緩沖層的禁帶寬度也遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的硫化鎘緩沖層的禁帶寬度，進(jìn)而減少了緩沖層對(duì)太陽(yáng)光的吸收，使更多的太陽(yáng)光透過(guò)緩沖層進(jìn)入光吸收層。
[0055]以下為具體實(shí)施例部分:
[0056]實(shí)施例1
[0057]請(qǐng)一并參閱圖3，襯底310選用鈉鈣玻璃。對(duì)襯底310進(jìn)行深度清潔。
[0058]在襯底310上制備鑰層作為背電極層320。打開(kāi)氬氣氣體流量計(jì)，向鑰濺射室中通入99.999%高純氬氣，打開(kāi)襯底310旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，并打開(kāi)鑰靶的射頻濺射電源，調(diào)整電源輸出功率和反射功率，在襯底310上開(kāi)始沉積鑰層。通過(guò)膜厚儀檢測(cè)濺射速率。完成后冷卻。
[0059]將鍍有鑰層的襯底310放置于激光劃線機(jī)的樣品架上，在其上劃出第一凹槽(圖未不)。
[0060]將鍍有背電極層320的襯底310傳送至MBE (分子束外延)室內(nèi)，打開(kāi)襯底310旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)及襯底310加熱電源，設(shè)置目標(biāo)溫度為400°C。打開(kāi)銅源、鋅源、錫源、硫源源爐的加熱電源，并分別設(shè)置各源爐電源加熱的目標(biāo)溫度為1210°c、47(rc、115(rc、ll(rc。然后打開(kāi)各源爐的小擋板和襯底擋板，并計(jì)時(shí)。完成后冷卻30min后，并將腔室內(nèi)部殘余氣體清除干凈，在背電極層320上形成作為光吸收層330的銅鋅錫硫薄膜。[0061]再次打開(kāi)襯底旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)及襯底加熱電源，設(shè)置目標(biāo)溫度為200°C。實(shí)際溫度到達(dá)目標(biāo)溫度后，維持lOmin，使襯底310受熱更均勻。將鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，打開(kāi)鋅源、硫源及硒源源爐的加熱電源，設(shè)置加熱電源的目標(biāo)溫度分別為500°C、13(TC及210°C。到達(dá)目標(biāo)溫度后，維持IOmin以穩(wěn)定流速，然后打開(kāi)各源爐的小擋板和襯底擋板。IOOs后，關(guān)閉襯底擋板和各源爐小擋板，關(guān)閉溫控電源和襯底旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，冷卻20min。以在光吸收層330上得到的ZnSxSei_x薄膜，ZnSxSe1^x薄膜為緩沖層340，其中X的值為0.89。
[0062]將冷卻后的襯底310傳送至氧化鋅濺射室，打開(kāi)射頻濺射電源和氬氣、氧氣氣體流量計(jì)，調(diào)節(jié)氬氣流量和氧氣流量，維持濺射氣壓為0.1Pa，設(shè)置氧化鋅靶濺射功率為440W，開(kāi)始濺射。完成后冷卻20min后取出。即在緩沖層340上制得氧化鋅層350a，氧化鋅層350a的厚度約50nm。
[0063]將襯底310放置于激光劃線機(jī)的樣品架上，在其上劃出第二凹槽360。
[0064]將襯底310傳送至摻鋁氧化鋅濺射室，打開(kāi)進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar流量，維持濺射氣壓為
0.05Pa，打開(kāi)摻鋁氧化鋅靶材的濺射電源。設(shè)置靶材的濺射功率為500W。濺射完成后，關(guān)閉靶材的濺射電源，關(guān)閉進(jìn)氣閥和氣體流量控制器。冷卻30分鐘后取出，以在氧化鋅層350a上沉積制得摻鋁氧化鋅層350b。氧化鋅層350a與摻鋁氧化鋅層350b共同作為銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的窗口層350。
[0065]將襯底310放置于激光劃線機(jī)的樣品架上，在其上劃出第三凹槽370，得到銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件。
[0066]實(shí)施例2
[0067]襯底310選用鈉鈣玻璃。對(duì)襯底310進(jìn)行深度清潔。
[0068]在襯底310上制備鑰層作為背電極層320。打開(kāi)氬氣氣體流量計(jì)，向鑰濺射室中通入99.999%高純氬氣。打開(kāi)鑰靶的射頻濺射電源，調(diào)整電源輸出功率和反射功率，在襯底310上開(kāi)始沉積鑰層。完成后冷卻30分鐘。
[0069]將鍍有鑰層的襯底310放置于激光劃線機(jī)的樣品架上，在其上劃出第一凹槽(圖未不)。
[0070]將鍍有背電極層320的襯底310經(jīng)過(guò)中轉(zhuǎn)室傳送至銅鋅錫硫?yàn)R射腔室內(nèi)，打開(kāi)襯底旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，并打開(kāi)銅靶、硫化鋅靶和硫化錫靶的射頻濺射電源，調(diào)節(jié)電源輸出功率分別為60W、75W和70W，同時(shí)打開(kāi)襯底擋板開(kāi)始濺射，完成后冷卻30min，制得銅鋅錫硫前驅(qū)體。
[0071]然后，將制備好的銅鋅錫硫前驅(qū)體取出并放入退火爐中。向退火爐中通入99.999%硫化氫氣體，以及通入99.999%高純氮?dú)?。開(kāi)啟加熱電源開(kāi)關(guān)，將腔室的溫度升至590°C，并保持，然后自然冷卻至室溫。加熱過(guò)程中通過(guò)鎧裝K型熱偶監(jiān)測(cè)襯底310溫度。
[0072]待襯底310溫度冷卻至室溫后，打開(kāi)退火爐腔室并取出，在背電極層320上形成作為光吸收層330的銅鋅錫硫薄膜。
[0073]將襯底310傳送至MBE室內(nèi)，對(duì)MBE室進(jìn)行抽真空中。打開(kāi)襯底旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)及襯底加熱電源，設(shè)置目標(biāo)溫度為200°C。實(shí)際溫度到達(dá)目標(biāo)溫度后，維持lOmin，使襯底310受熱更均勻。將鋅單質(zhì)、硫化氫及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，打開(kāi)鋅源、硫化氫源及硒源源爐的加熱電源，并分別設(shè)置各源爐電源加熱的目標(biāo)溫度為500°C、105(TC和200°C。到達(dá)目標(biāo)溫度后，維持IOmin以穩(wěn)定流速,然后打開(kāi)各源爐的小擋板和襯底擋板。120s后,關(guān)閉襯底擋板和各源爐小擋板，關(guān)閉溫控電源和襯底旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，冷卻30min。以在光吸收層330上得到的ZnSxSei_x薄膜，ZnSxSei_x薄膜為緩沖層340，其中X的值為0.89。
[0074]將冷卻后的襯底310傳送至氧化鋅濺射室，打開(kāi)射頻濺射電源和氬氣、氧氣氣體流量計(jì)，維持濺射氣壓為0.1Pa,設(shè)置氧化鋅靶濺射功率為440W，開(kāi)始濺射。完成后關(guān)閉氧化鋅靶濺射電源，并關(guān)閉氣體流量控制器和進(jìn)氣閥。在緩沖層340上制得氧化鋅層350a，氧化鋅層350a的厚度約50nm。冷卻后取出樣品。
[0075]將襯底310放置于激光劃線機(jī)的樣品架上，在其上劃出第二凹槽360。
[0076]將襯底310傳送至摻鋁氧化鋅濺射室，以在氧化鋅層350a上沉積制得摻鋁氧化鋅層350b。氧化鋅層350a與摻鋁氧化鋅層350b共同作為銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件的窗口層350。
[0077]將襯底310放置于激光劃線機(jī)的樣品架上，在其上劃出第三凹槽370，得到銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件。
[0078]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件，其特征在于，包括依次層疊的襯底、背電極層、光吸收層、緩沖層及窗口層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜，所述緩沖層由ZnSxSeh制成，其中，0.44 < X < I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件，其特征在于，所述緩沖層中，X的值為0.89。
3.—種銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 通過(guò)磁控濺射法，在襯底上制備背電極層； 在所述背電極層上制備光吸收層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜； 采用共蒸發(fā)法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層，其中，0.44 < X<I ;及 通過(guò)磁控濺射法，在所述緩沖層上制備窗口層，得到銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，其特征在于，所述采用共蒸發(fā)法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層的步驟具體為:將鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)所述鋅單質(zhì)、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSeh制成的緩沖層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，其特征在于，在所述對(duì)所述鋅單質(zhì)、硒單質(zhì)及硫單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)的步驟中，對(duì)所述鋅單質(zhì)的加熱溫度為450?5500C，對(duì)所述硫單質(zhì)的加熱溫度為80?150°C，對(duì)所述硒單質(zhì)的加熱溫度為150?250°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，其特征在于，在所述對(duì)所述鋅單質(zhì)、硒單質(zhì)及硫單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)的步驟中，對(duì)所述鋅單質(zhì)、所述硫單質(zhì)及所述硒單質(zhì)的加熱溫度分別為500°C、130°C及210°C，蒸發(fā)時(shí)間持續(xù)100S，蒸發(fā)結(jié)束后冷卻20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，其特征在于，所述采用共蒸發(fā)法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層的步驟具體為:將鋅單質(zhì)、硫化鋅及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)所述鋅單質(zhì)、硫化鋅及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSeh制成的緩沖層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，其特征在于，在所述對(duì)所述鋅單質(zhì)、硫化鋅及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)的步驟中，對(duì)所述鋅單質(zhì)的加熱溫度為500°C，對(duì)所述硫化鋅的加熱溫度為1050°C，對(duì)所述硒單質(zhì)的加熱溫度為200°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，其特征在于，所述采用共蒸發(fā)法，在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSei_x制成的緩沖層的步驟具體為:將硒化鋅、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)作為蒸發(fā)源，對(duì)所述硒化鋅、硫單質(zhì)及硒單質(zhì)進(jìn)行共蒸發(fā)，以在所述光吸收層上沉積形成由ZnSxSeh制成的緩沖層。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池器件制備方法，其特征在于，所述在所述背電極層上制備光吸收層，所述光吸收層為銅鋅錫硫薄膜的步驟具體為:對(duì)銅源、鋅源、錫源及硫源進(jìn)行共蒸發(fā)，以在所述背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜；或者，對(duì)銅靶、硫化鋅靶和硫化錫靶進(jìn)行磁控濺射，在所述背電極層上形成銅鋅錫硫前驅(qū)層，對(duì)所述銅鋅錫硫前驅(qū)層進(jìn)行硫化退火，以在所述背電極層上形成銅鋅錫硫薄膜。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103474487SQ201310393325
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】徐苗苗, 楊春雷, 馮葉, 肖旭東, 顧光一, 程冠銘, 郭延璐, 于冰, 鮑浪 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院, 香港中文大學(xué)