一種銅鋅錫硫薄膜太陽電池器件及其制備方法
【專利摘要】一種基于聚酰亞胺柔性襯底的銅鋅錫硫薄膜太陽電池器件。1.聚酰亞胺柔性襯底薄膜太陽電池具有較高的重量比功率；具有柔性、可折疊性和不怕摔碰的優(yōu)勢；成本降低潛能大，適合大規(guī)模生產(chǎn)的卷-卷工藝。2.銅鋅錫硫各組成元素儲量豐富且對環(huán)境無污染，制備成本低；禁帶寬度在1.45eV左右，非常接近光伏電池的理想帶隙1.4eV；是一種直接帶隙p型半導體材料，光學吸收系數(shù)超過104cm-1，非常適合作為薄膜太陽電池的吸收層材料；電池轉(zhuǎn)換效率高，從理論上將可達到單結(jié)電池的最高轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的優(yōu)點是電池制備方法簡單、易于實施，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用，尤其在太空及特殊場合中具有極其重要的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種銅鋅錫硫薄膜太陽電池器件及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜太陽電池領(lǐng)域技術(shù)，特別是一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫薄膜太陽電池器件及其制備。

【背景技術(shù)】
[0002]銅鋅錫硫材料(CZTS)屬于I2-1I1-1V-VI4族四元化合物半導體，主要具有鋅黃錫礦、黃錫礦和銅金合金結(jié)構(gòu)。其中，鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)比起其他結(jié)構(gòu)類型在熱力學上有著更好的穩(wěn)定性。
[0003]銅鋅錫硫電池的特點:銅鋅錫硫各組成元素儲量豐富且對環(huán)境無污染，制備成本低；銅鋅錫硫的禁帶寬度在1.45eV左右，非常接近光伏電池的理想帶隙1.4eV ;銅鋅錫硫是一種直接帶隙P型半導體材料，光學吸收系數(shù)超過14CnT1，非常適合作為薄膜太陽電池的吸收層材料；電池轉(zhuǎn)換效率高，從理論上將可達到單結(jié)電池的最高轉(zhuǎn)換效率。2013年SolarFrontier公司與IBM、東京應(yīng)化工業(yè)(TOK)合組的共同研發(fā)的CZTS薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率提高至12.6% (電池尺寸0.42cm2)。
[0004]航空航天領(lǐng)域需要太陽電池有較高的質(zhì)量比功率，即希望單位質(zhì)量的太陽電池能發(fā)出更多的電量。對于地面光伏建筑物的曲面造型和移動式的光伏電站等要求太陽電池具有柔性、可折疊性和不怕摔碰，這就促進了柔性太陽電池的發(fā)展。由于相對較強的耐高溫能力和較為適合的膨脹系數(shù)，聚酰亞胺(PI)在其中脫穎而出。
[0005]然而聚酰亞胺的熱膨脹系數(shù)還是無法與銅鋅錫硫材料本身很好的匹配。在溫度較高時，聚酰亞胺會產(chǎn)生較大的形變，導致銅鋅錫硫薄膜較為疏松，容易脫落。所以，目前基于聚酰亞胺襯底的銅鋅錫硫制備時襯底溫度較低。從而導致生長出的薄膜結(jié)晶質(zhì)量較差，晶粒細小，缺陷較多，增加了載流子的復合，縮短了少子的壽命，進而影響了電池性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]有鑒于此，為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫太陽電池器件及其制備方案，首先將聚酰亞胺膠涂于蘇打玻璃表面，固化成聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底，其次在其表面依次制備背接觸層、銅鋅錫硫吸收層、硫化鎘緩沖層、透明窗口層和上電極，在完整的銅鋅錫硫太陽電池制備完成后，將其與蘇打玻璃襯底分離，得到以聚酰亞胺膜為襯底的柔性銅鋅錫硫太陽電池。其核心特點為:以鋼性襯底制備柔性電池。此種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫薄膜結(jié)晶質(zhì)量好，晶粒大，缺陷少。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案
[0008]一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫太陽電池器件，其特征在于:其襯底由蘇打玻璃及生長于其表面的聚酰亞胺膜構(gòu)成，其中蘇打玻璃的厚度為
1.5-2mm,聚酰亞胺膜厚度為25-30 μ m,采用勻膠、固化制備工藝；鑰背接觸層生長于聚酰亞胺膜襯底之上，分為高阻層和低阻層，其中高阻層的厚度為80-120nm，低阻層的厚度為600-700nm，采用直流磁控濺射系統(tǒng)制備；銅鋅錫硫吸收層生長于鑰薄膜之上，化學分子式為Cu2ZnSnS4,導電類型為P型，厚度為1_2 μ m，采用DM-700型鍍膜機，應(yīng)用共蒸發(fā)制備工藝；硫化鎘緩沖層生長于銅鋅錫硫吸收層表面，化學分子式為CdS，導電類型為η型，厚度為45-50nm，采用化學水浴法制備工藝；透明窗口層生長于硫化鎘緩沖層之上，分為高阻本征氧化鋅薄膜和低阻氧化鋅鋁薄膜，導電類型為η型，其中本征氧化鋅薄膜的厚度為50-100nm,氧化鋅鋁薄膜的厚度為0.4-0.6 μ m,分別采用射頻磁控濺射制備系統(tǒng)和直流磁控濺射制備系統(tǒng)制備；鋁上電極薄膜生長于透明窗口層之上，其厚度為0.8-1.5 μ m，采用共蒸發(fā)制備系統(tǒng)制備。
[0009]聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的制備步驟如下:
[0010]I)對蘇打玻璃進行表面清理；
[0011]2)將聚酰亞胺膠涂覆于蘇打玻璃表面，采用勻膠工藝進行勻膠；
[0012]3)將勻膠后的樣品放入烘箱內(nèi)進行固化，即可得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯
。
[0013]所述對蘇打玻璃表面清洗方法為:①將1cmX 1cm的蘇打玻璃放入重鉻酸鉀溶液(由300克重鉻酸鉀、3升濃硫酸和300毫升去離子水配置而成的溶液)中浸泡2h ;②之后將蘇打玻璃取出用去離子水沖洗將沖洗潔凈的蘇打玻璃置于濃度為99.5%的丙酮溶液中，放入超聲波清洗機中清洗(超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min)④將蘇打玻璃從丙酮溶液中取出，用去離子水沖洗；⑤將蘇打玻璃置于濃度為99.7 %的酒精中，放入超聲波清洗機中清洗(超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min);⑥最后將蘇打玻璃從酒精中取出，放入盛有去離子水的燒杯中，放入超聲波清洗機中清洗3遍(超聲波頻率為20-30kHz,時間為 20-25min)。
[0014]所述勻膠工藝的工藝參數(shù)為:轉(zhuǎn)速為1300-1500r/min，時間為35_45s。
[0015]所述固化工藝參數(shù)為:①烘箱溫度于室溫25°C升溫至125-135?，升溫時間為10_15min ;②烘箱溫度于125-135 °C維持25_30min ;③烘箱溫度于125-135 °C升溫至150-160°C，升溫時間為5-10min ;④烘箱溫度于150_160°C維持10_15min 烘箱溫度于150-160°C升溫至200-210°C，升溫時間為5_10min ;⑥烘箱溫度于200-210°C維持15-20min ;⑦烘箱溫度于200-210°C升溫至250-260 °C，升溫時間為5_10min 烘箱溫度于250-260°C維持15-20min ;⑨烘箱溫度于250_260°C升溫至340_350°C，升溫時間為5-10min ;⑩烘箱溫度于340_350°C維持10_15min，之后緩慢降溫至室溫。
[0016]鑰背接觸層的制備步驟如下:
[0017]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99 %的Mo為靶材，采用射頻磁控濺射制備系統(tǒng)在襯底表面分別沉積一層高阻和低阻的鑰薄膜。
[0018]所述在襯底表面沉積一層高阻薄膜的工藝參數(shù)為:本底真空:3.0X10_4Pa，工作氣壓為l_2Pa，襯底溫度為室溫25-50°C，射頻功率為500-700W，Ar氣流量為30-50sccm，基靶行走速度為4-6mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為2_4次。
[0019]所述在襯底表面沉積一層低阻薄膜的工藝參數(shù)為:工作氣壓為0_0.5Pa，襯底溫度為室溫25-50°C，射頻功率為1500-2000W，Ar氣流量為15-20sccm，基靶行走速度為
4-6mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為4_6次。
[0020]銅鋅錫硫吸收層薄膜的制備步驟如下:
[0021]本底真空為3.0X10_4Pa，襯底溫度為300_350°C，Cu蒸發(fā)源溫度為1100-1200°C，ZnS蒸發(fā)源溫度為1000-1100°C，Sn蒸發(fā)源溫度為1000-1100°C，S蒸發(fā)源溫度為75_85°C，共蒸發(fā)Cu、ZnS、Sn、S四種元素，蒸發(fā)時間為30_50min，得到的薄膜為p型直接帶隙半導體，鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整襯底、各蒸發(fā)源溫度及共蒸時間，控制銅鋅錫硫薄膜貧銅富鋅，其中 Cu/ (Zn+Sn) = 0.8-1.0,Zn/Sn = 1.0-1.2, S/ (Cu+Zn+Sn)約等于 I。隨后將襯底及各蒸發(fā)源冷卻至室溫。
[0022]硫化鎘緩沖層的制備步驟如下:
[0023]I)配置溶液，制備硫脲SC(NH2)2溶液1L，濃度為0.0ImoI/L ;醋酸鎘(CH3COO)2Cd和醋酸氨CH3COONH4-合溶液1L，其中醋酸鎘溶液濃度為0.001mol/L,醋酸氨溶度為0.003mol/L ;氨水 NH3.H2O 溶度為 1.3X l(T3mol/L。
[0024]2)配置反應(yīng)溶液1L，取第一步中所配置的各種溶液；其中硫脲溶液25mL，醋酸鎘和醋酸氨混合溶液25mL，氨水溶液4滴。攪拌均勻。
[0025]3)將樣品放入燒杯中，并將燒杯放入水浴鍋內(nèi)。水浴溫度設(shè)置為78-80°C，制備時間為 50-60min。
[0026]4)制備完成后，將樣品用去離子水沖洗干凈。
[0027]本征氧化鋅薄膜的制備步驟如下:
[0028]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99%的i_ZnO為靶材，采用射頻磁控濺射制備系統(tǒng)在襯底表面沉積一層本征氧化鋅薄膜。
[0029]所述在襯底表面沉積一層氧化鋅鋁薄膜的工藝參數(shù)為:本底真空:3.0X10_4Pa，襯底溫度為室溫25-50°C，射頻功率為800-1000W，Ar氣流量為10-20sccm，O2氣流量為2-6sccm,基祀行走速度為2-6mm/s,沉積時間(基祀的往復次數(shù))為6_10次。
[0030]氧化鋅鋁薄膜的制備步驟如下:
[0031]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99%的ZnO:A1為靶材，采用直流磁控濺射工藝在襯底表面沉積一層ZnO:A1薄膜。
[0032]所述在襯底表面沉積一層氧化鋅鋁薄膜的工藝參數(shù)為:本底真空:3.0X10_4Pa，襯底溫度為25-50°C，直流功率為1000-1200W，Ar氣流量為12-18sccm，基靶行走速度為2-6mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為10-15次。
[0033]鋁上電極的制備步驟如下:
[0034]I)本底真空:3.0X 10_4Pa，給予加熱絲20A電流，持續(xù)l_2min ;給予加熱絲50A電流，持續(xù)l-2min ;給予加熱絲80A電流，持續(xù)l_2min ;給予加熱絲120A電流，持續(xù)5_8min。
[0035]2)待觀察窗玻璃被鋁膜完全覆蓋之后，停止加熱，緩慢降低給予加熱絲電流，之后冷卻。
[0036]本發(fā)明的原理分析:
[0037]為了滿足制備結(jié)晶質(zhì)量較好，晶粒較大，缺陷較少的銅鋅錫硫柔性薄膜太陽電池的要求，必須選用襯底柔軟、輕便，熱膨脹系數(shù)與銅鋅錫硫薄膜較為匹配的襯底。聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底可以依托蘇打玻璃與銅鋅錫硫吸收層薄膜熱膨脹系數(shù)較為接近的特點，在復合襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽電池。之后再將薄膜太陽電池以聚酰亞胺為襯底從蘇打玻璃表面分離，得到柔性銅鋅錫硫薄膜太陽電池，實現(xiàn)以鋼性襯底制備柔性太陽電池。
[0038]基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫太陽電池的優(yōu)勢分析:
[0039]I)將聚酰亞胺膠涂于玻璃表面，可以較好改善襯底的粗糙度。
[0040]2)聚酰亞胺本身的熱膨脹系數(shù)較大，不能很好地與銅鋅錫硫材料本身進行匹配。在較高溫度下容易變形，導致薄膜疏松，極易脫落。而生長于玻璃表面的聚酰亞胺，依靠與玻璃之間的附著力，使其不易發(fā)生較大形變，與銅鋅錫硫材料更加匹配。
[0041]3)由于與玻璃接觸，不易發(fā)生形變，可以給予聚酰亞胺較為接近其耐溫上限的溫度，有助于銅鋅錫硫薄膜更好的生長。
[0042]4)其表面生長的銅鋅錫硫薄膜結(jié)晶質(zhì)量好，晶粒大，缺陷少。
[0043]5)在完整的銅鋅錫硫太陽電池制備完成后，將其從玻璃上分離，就可以制備出具有較大柱狀晶粒的柔性銅鋅錫硫太陽電池。
[0044]本發(fā)明的優(yōu)點是:該種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫太陽電池吸收層薄膜結(jié)晶質(zhì)量好，晶粒大，缺陷少，利用鋼性襯底制備柔性太陽電池；其制備方法簡單、易于實施，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用，尤其在太空及特殊場合中具有極其重要的應(yīng)用前旦
-5^ O

【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]附圖1為基于聚酰亞胺柔性襯底的銅鋅錫硫薄膜太陽電池器件結(jié)構(gòu)的示意圖。

【具體實施方式】
[0046]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0047]實施例1
[0048]基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫太陽電池的制備，其制備步驟如下:
[0049]I)蘇打玻璃的清洗
[0050]①將1cmX 1cm的蘇打玻璃放入重鉻酸鉀溶液(由300克重鉻酸鉀、3升濃硫酸和300毫升去離子水配置而成的溶液)中浸泡2h ;②之后將蘇打玻璃取出用去離子水沖洗將沖洗潔凈的蘇打玻璃置于濃度為99.5%的丙酮溶液中，放入超聲波清洗機中清洗(超聲波頻率為20kHz，時間為25min)④將蘇打玻璃從丙酮溶液中取出，用去離子水沖洗；⑤將蘇打玻璃置于濃度為99.7%的酒精中，放入超聲波清洗機中清洗(超聲波頻率為20kHz，時間為25min);⑥最后將蘇打玻璃從酒精中取出，放入盛有去離子水的燒杯中，放入超聲波清洗機中清洗3遍(超聲波頻率為20kHz，時間為25min)。
[0051]2)聚酰亞胺預制膜的制備
[0052]把清洗過后的蘇打玻璃用氮氣吹干，放在勻膠機的轉(zhuǎn)盤上，將聚酰亞胺膠涂覆于蘇打玻璃表面。以1300r/min的轉(zhuǎn)速勻速勻膠45s，即可得到聚酰亞胺預制膜。
[0053]3)聚酰亞胺預制膜的固化
[0054]①烘箱溫度于室溫25°C升溫至125°C，升溫時間為15min ;②烘箱溫度于125°C維持30min ;③烘箱溫度于125°C升溫至150°C，升溫時間為5min ;④烘箱溫度于150°C維持15min ;⑤烘箱溫度于150°C升溫至200°C，升溫時間為5min ;⑥烘箱溫度于200°C維持20min ;⑦烘箱溫度于200°C升溫至250°C，升溫時間為5min ;⑧烘箱溫度于250°C維持20min ;⑨烘箱溫度于250°C升溫至350°C，升溫時間為1min ;⑩烘箱溫度于350°C維持lOmin，之后緩慢降溫至室溫即可得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底。
[0055]4)鑰背接觸層的制備
[0056]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99%的Mo為靶材，采用射頻磁控濺射制備系統(tǒng)在襯底表面分別沉積一層高阻和低阻的鑰薄膜。①本底真空:3.0X 10_4Pa，工作氣壓為IPa，襯底溫度為室溫25°C，射頻功率為600W，Ar氣流量為40sccm，基靶行走速度為4mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為2次。②工作氣壓為0.1Pa，襯底溫度為室溫25°C，射頻功率為1500W，Ar氣流量為15sCCm，基靶行走速度為4mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為6次。
[0057]5)銅鋅錫硫吸收層的制備
[0058]本底真空為3.0X10_4Pa，襯底溫度為300°C，Cu蒸發(fā)源溫度為1100°C，ZnS蒸發(fā)源溫度為1000°C，Sn蒸發(fā)源溫度為1000°C，S蒸發(fā)源溫度為75°C，共蒸發(fā)共蒸發(fā)Cu、ZnS、Sn、S四種元素，蒸發(fā)時間為30min。
[0059]6)硫化鎘緩沖層薄膜的制備
[0060]①配置溶液，制備硫脲SC(NH2)2溶液1L，濃度為0.0lmol/L ;醋酸鎘(CH3COO)2Cd和醋酸氨CH3COONH4-合溶液1L，其中醋酸鎘溶液濃度為0.001mol/L,醋酸氨溶度為
0.003mol/L ;氨水 NH3.H2O 溶度為 1.3X l(T3mol/L。
[0061]②配置反應(yīng)溶液1L，取第一步中所配置的各種溶液；其中硫脲溶液25mL，醋酸鎘和醋酸氨混合溶液25mL，氨水溶液4滴。攪拌均勻。③將樣品放入燒杯中，并將燒杯放入水浴鍋內(nèi)。水浴溫度設(shè)置為78°C，制備時間為60min。④制備完成后，將樣品用去離子水沖洗干凈。
[0062]7)本征氧化鋅薄膜的制備
[0063]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99 %的i_Zn0為靶材，采用射頻磁控濺射制備系統(tǒng)在襯底表面沉積一層本征氧化鋅薄膜。工藝參數(shù)為:本底真空:3.0父10、&，襯底溫度為室溫351:，射頻功率為8001，Ar氣流量為lOsccm，O2氣流量為3Sccm，基靶行走速度為4mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為8次。
[0064]8)氧化鋅鋁薄膜的制備
[0065]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99 %的ZnO:A1為靶材，采用直流磁控濺射工藝在襯底表面沉積一層ZnO:A1薄膜。工藝參數(shù)為:本底真空:3.0X10_4Pa，襯底溫度為室溫25°C，直流功率為1000W，Ar氣流量為15sCCm，基靶行走速度為6mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為10次。
[0066]9)鋁上電極的制備
[0067]①本底真空:3.0父10、&，給予加熱絲2(^電流，持續(xù)2min ;給予加熱絲50A電流，持續(xù)2min ;給予加熱絲80A電流，持續(xù)2min ;給予加熱絲120A電流，持續(xù)6min。②待觀察窗玻璃被鋁膜完全覆蓋之后，停止加熱，緩慢降低給予加熱絲電流，之后冷卻。
[0068]附圖1為基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫太陽電池器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0069]實施例2
[0070]基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫太陽電池的制備，其制備步驟如下:
[0071]I)蘇打玻璃的清洗
[0072]①將1cmX 1cm的蘇打玻璃放入重鉻酸鉀溶液(由300克重鉻酸鉀、3升濃硫酸和300毫升去離子水配置而成的溶液)中浸泡2h ;②之后將蘇打玻璃取出用去離子水沖洗將沖洗潔凈的蘇打玻璃置于濃度為99.5%的丙酮溶液中，放入超聲波清洗機中清洗(超聲波頻率為30kHz，時間為20min)④將蘇打玻璃從丙酮溶液中取出，用去離子水沖洗；⑤將蘇打玻璃置于濃度為99.7%的酒精中，放入超聲波清洗機中清洗(超聲波頻率為30kHz，時間為20min);⑥最后將蘇打玻璃從酒精中取出，放入盛有去離子水的燒杯中，放入超聲波清洗機中清洗3遍(超聲波頻率為30kHz，時間為20min)。
[0073]2)聚酰亞胺預制膜的制備
[0074]把清洗過后的蘇打玻璃用氮氣吹干，放在勻膠機的轉(zhuǎn)盤上，將聚酰亞胺膠涂覆于蘇打玻璃表面。以1400r/min的轉(zhuǎn)速勻速勻膠40s，即可得到聚酰亞胺預制膜。
[0075]3)聚酰亞胺預制膜的固化
[0076]①烘箱溫度于室溫25°C升溫至130°C，升溫時間為20min ;②烘箱溫度于130°C維持25min ;③烘箱溫度于130°C升溫至160°C，升溫時間為1min ;④烘箱溫度于160°C維持1min ;⑤烘箱溫度于160°C升溫至210°C，升溫時間為1min ;⑥烘箱溫度于210°C維持20min ;⑦烘箱溫度于210°C升溫至260°C，升溫時間為1min ;⑧烘箱溫度于260°C維持20min ;⑨烘箱溫度于260°C升溫至345°C，升溫時間為1min ;⑩烘箱溫度于345°C維持15min，之后緩慢降溫至室溫即可得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底。
[0077]4)鑰背接觸層的制備
[0078]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99%的Mo為靶材，采用射頻磁控濺射制備系統(tǒng)在襯底表面分別沉積一層高阻和低阻的鑰薄膜。①本底真空:3.0X 10_4Pa，工作氣壓為IPa，襯底溫度為室溫25°C，射頻功率為600W，Ar氣流量為40sccm，基靶行走速度為4mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為2次。②工作氣壓為0.1Pa，襯底溫度為室溫25°C，射頻功率為1500W，Ar氣流量為15sCCm，基靶行走速度為4mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為6次。
[0079]5)銅鋅錫硫吸收層的制備
[0080]本底真空為3.0X10_4Pa，襯底溫度為350°C，Cu蒸發(fā)源溫度為1200°C，ZnS蒸發(fā)源溫度為1100°C，Sn蒸發(fā)源溫度為1100°C，S蒸發(fā)源溫度為85°C，共蒸發(fā)共蒸發(fā)Cu、ZnS、Sn、S四種元素，蒸發(fā)時間為50min。
[0081]6)硫化鎘緩沖層薄膜的制備
[0082]①配置溶液，制備硫脲SC(NH2)2溶液1L，濃度為0.01mol/L ;醋酸鎘(CH3COO)2Cd和醋酸氨CH3COONH4-合溶液1L，其中醋酸鎘溶液濃度為0.001mol/L,醋酸氨溶度為
0.003mol/L ;氨水 NH3.H2O 溶度為 1.3X l(T3mol/L。
[0083]②配置反應(yīng)溶液1L，取第一步中所配置的各種溶液；其中硫脲溶液25mL，醋酸鎘和醋酸氨混合溶液25mL，氨水溶液4滴。攪拌均勻。③將樣品放入燒杯中，并將燒杯放入水浴鍋內(nèi)。水浴溫度設(shè)置為78°C，制備時間為60min。④制備完成后，將樣品用去離子水沖洗干凈。
[0084]7)本征氧化鋅薄膜的制備
[0085]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99 %的i_ZnO為靶材，采用射頻磁控濺射制備系統(tǒng)在襯底表面沉積一層本征氧化鋅薄膜。工藝參數(shù)為:本底真空:3.0父10、&，襯底溫度為室溫351:，射頻功率為8001，Ar氣流量為lOsccm，O2氣流量為3Sccm，基靶行走速度為4mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為8次。
[0086]8)氧化鋅鋁薄膜的制備
[0087]在直流磁控濺射沉積系統(tǒng)的沉積室中，以純度為99.99 %的ZnO:A1為靶材，采用直流磁控濺射工藝在襯底表面沉積一層ZnO:A1薄膜。工藝參數(shù)為:本底真空:3.0X10_4Pa，襯底溫度為室溫25°C，直流功率為1000W，Ar氣流量為15sCCm，基靶行走速度為6mm/s，沉積時間(基靶的往復次數(shù))為10次。
[0088]9)鋁上電極的制備
[0089]①本底真空:3.0父10、&，給予加熱絲2(^電流，持續(xù)2min ;給予加熱絲50A電流，持續(xù)2min ;給予加熱絲80A電流，持續(xù)2min ;給予加熱絲120A電流，持續(xù)6min。②待觀察窗玻璃被鋁膜完全覆蓋之后，停止加熱，緩慢降低給予加熱絲電流，之后冷卻。
[0090]檢測結(jié)果與實施例1相同。
[0091]綜上所述，為制備高轉(zhuǎn)換效率的柔性銅鋅錫硫電池，本發(fā)明提供了一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫太陽電池器件的制備方案，將聚酰亞胺膠涂于蘇打玻璃表面，固化成聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底，并在其表面制備銅鋅錫硫太陽電池，在完整的銅鋅錫硫太陽電池制備完成后，將其與蘇打玻璃分離，形成以聚酰亞胺膜為襯底的柔性銅鋅錫硫太陽電池，實現(xiàn)以鋼性襯底制備柔性電池。該制備方法工藝條件方便易行，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用，尤其在太空及特殊場合中具有極其重要的應(yīng)用前景。
[0092]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅鋅錫硫薄膜，其特征在于:襯底由蘇打玻璃及生長于其表面的聚酰亞胺膜構(gòu)成，其中蘇打玻璃的厚度為1.5-2mm，聚酰亞胺膜厚度為25-30 μ m ;鑰背接觸層生長于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底之上，分為高阻層和低阻層，其中高阻層的厚度為80-120nm，低阻層的厚度為600_700nm ;采用直流磁控濺射系統(tǒng)制備；銅鋅錫硫吸收層生長于鑰薄膜之上，化學分子式為Cu2ZnSnS4，導電類型為p型，厚度為1-2 μ m，采用DM-700型鍍膜機，應(yīng)用共蒸發(fā)制備工藝；硫化鎘緩沖層生長于銅鋅錫硫吸收層表面，化學分子式為CdS，導電類型為η型，厚度為45-50nm，采用化學水浴法制備工藝；透明窗口層生長于硫化鎘緩沖層之上，分為高阻本征氧化鋅薄膜和低阻氧化鋅鋁薄膜，導電類型為η型，其中本征氧化鋅薄膜的厚度為50-100nm，氧化鋅鋁薄膜的厚度為0.4-0.6 μ m，分別采用射頻磁控濺射制備系統(tǒng)和直流磁控濺射制備系統(tǒng)制備；鋁上電極薄膜生長于透明窗口層之上，其厚度為0.8-1.5 μ m，采用共蒸發(fā)制備系統(tǒng)制備。
2.一種如權(quán)利要求1所述的聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的制備方法，其特征在于:采用勻膠、固化制備工藝，制備步驟如下: 1)對蘇打玻璃進行表面清理 2)將聚酰亞胺膠涂覆于蘇打玻璃表面，采用勻膠工藝進行勻膠 3)將勻膠后的樣品放入烘箱內(nèi)進行固化，即可得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的制備方法，其特征在于:所述對蘇打玻璃的清洗方法為: ①將1cmX1cm的蘇打玻璃放入重鉻酸鉀溶液(由300克重鉻酸鉀、3升濃硫酸和300毫升去離子水配置而成的溶液)中浸泡2h ②之后將蘇打玻璃取出用去離子水沖洗 ③將沖洗潔凈的蘇打玻璃置于濃度為99.5%的丙酮溶液中，放入超聲波清洗機中清洗(超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min) ④將蘇打玻璃從丙酮溶液中取出，用去離子水沖洗 ⑤將蘇打玻璃置于濃度為99.7%的酒精中，放入超聲波清洗機中清洗(超聲波頻率為20-30kHz,時間為 20-25min) ⑥最后將蘇打玻璃從酒精中取出，放入盛有去離子水的燒杯中，放入超聲波清洗機中清洗3遍(超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的制備方法，其特征在于:所述勻膠工藝參數(shù)為:轉(zhuǎn)速為1300-1500r/min，時間為35_45s。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的制備方法，其特征在于:所述固化工藝參數(shù)為:①烘箱溫度于室溫25°C升溫至125-135°C，升溫時間為10_15min烘箱溫度于125-135°C維持25-30min ;③烘箱溫度于125-135°C升溫至150-160°C，升溫時間為5-10min ;④烘箱溫度于150_160°C維持10_15min ;⑤烘箱溫度于150_160°C升溫至200-210°C，升溫時間為5-10min ;⑥烘箱溫度于200-210°C維持15_20min 烘箱溫度于200-210°C升溫至250-260°C，升溫時間為5-10min ;⑧烘箱溫度于250_260°C維持15-20min ;⑨烘箱溫度于250_260°C升溫至340_350°C，升溫時間為5_10min ;⑩烘箱溫度于340-350°C維持10-15min，之后緩慢降溫至室溫。
【文檔編號】H01L31/18GK104409532SQ201410528662
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】薛玉明, 劉浩, 郭曉倩, 李鵬海, 潘洪剛, 劉君, 宋殿友, 朱亞東, 馮少君, 尹富紅, 高林, 航偉, 喬在祥, 張紫薇, 常淑珍, 劉昕暉, 王元鵬, 宋艷艷, 張津軍 申請人:天津理工大學