一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，包括以下步驟，硒化：在500-550℃下，采用固態(tài)硒源((硒粉或硒塊))對銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為20-40min，然后冷卻至室溫；硫化：將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在500-550℃下、固態(tài)硫源（硫粉或硫塊）下硫化，硫化時間為20-40min，然后冷卻至室溫；二次硒化：在500-550℃下，采用固態(tài)硒源對硫化后的銅鋅錫硫薄膜進行二次硒化，硒化時間為10-20min，然后冷卻至室溫；二次硫化：將二次硒化后的銅鋅錫硫薄膜在500-550℃下、固態(tài)硫源下二次硫化，硫化時間為5-13min，然后冷卻至室溫。
【專利說明】—種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能薄膜電池【技術領域】，具體涉及一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法。

【背景技術】
[0002]21世紀，“能源”成為了國家間競爭的焦點。人類的一切物質活動，都離不開能源的支持。如今，能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源造成的環(huán)境污染等問題，正威脅著人類的生存和發(fā)展。探索新能源，是人類面對即將來到的能源困境尋求可持續(xù)發(fā)展的一條生路。太陽能作為一種高效的能源，具有儲量巨大、清潔無污染、使用時間長久的特點，成為未來能源的最佳選擇。
[0003]太陽能電池分為硅基太陽能電池、多元化合物太陽能電池以及有機聚合物太陽能電池。多元化合物薄膜太陽能電池具有穩(wěn)定性好、抗輻射性能好、相對晶體硅電池成本低效率高等特點。其中銅銦鎵硒((:1(?)薄膜電池的效率已經達到20.8% [1.1 61-6611, 1(.￡11161-7, 丫.1 181^8， ￡.0.1)1111101),30181 0611 6^10161107 ^^168
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[0004]四元化合物鋅黃錫礦銅鋅錫硫((:213)與黃銅礦結構的￠1(?相似。理論轉換效率分別為32.4，具有與可見光非常匹配的禁帶寬度(1.5^)以及較高的吸收系數(大于10^),并且所含元素含量豐富、無毒。
[0005]目前，以13薄膜太陽能電池的實驗室最高效率為8.59^1.1 61-0011, 1(.￡11101-7,1 I 181-1:8, ￡.0.01111101), 301已1~ 0611 6^10161107 ^^168 (^61-81011 43),
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￡1611111.201301465〕，更與(:1(?的20.8%相差甚遠。原因主要有兩個方面:(1)薄膜的質量差，大量的缺陷使光生載流子復合，導致效率下降；(2)帶隙在薄膜厚度方向為形成有效的“V”或“V”分布，對光的吸收不足。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種能提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法。
[0007]為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是，一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，包括以下步驟，硒化:在500-5501下，采用固態(tài)硒源(硒粉或硒塊)對銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為20-40-1然后冷卻至室溫；硫化:將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在500-5501下、固態(tài)硫源(硫粉或硫塊)下硫化，硫化時間為20-40-11,然后冷卻至室溫；二次硒化:在500-5501下，采用固態(tài)硒源對硫化后的銅鋅錫硫薄膜進行二次硒化，硒化時間為10-20-！！，然后冷卻至室溫；二次硫化:將二次硒化后的銅鋅錫硫薄膜在500-5501下、固態(tài)硫源下二次硫化，硫化時間為5-130111，然后冷卻至室溫。
[0008]所述銅鋅錫硫薄膜的厚度為1.0^2.0 4 111。
[0009]優(yōu)選的，在所述硒化、二次硒化過程中，在固態(tài)硒源中加入粉，粉的質量與固態(tài)硒源的質量比為0.51: 1 ；在所述硫化、二次硫化過程中，在固態(tài)硫源中加入％粉，&1粉的質量與固態(tài)硫源的質量比為0.51: 1。
[0010]本發(fā)明產生的有益效果是，通過銅鋅錫硫薄膜的硒化來使薄膜的晶粒尺寸變大，再進行硫化來改善銅鋅錫硫薄膜的平整度；通過交替硒化和硫化，再經過二次硒化和硫化，改變處理時間來實現對薄膜帶隙的調控，進而提高銅鋅錫硫薄膜電池的轉換效率。通過在硒化、硫化時在固態(tài)硒源、固態(tài)硫源中加入311粉，可避免311?雜相的生成，薄膜結晶質量高，無雜相產生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為對照試驗1處理后的銅鋅錫硫薄膜321形貌圖；
圖2為對照試驗3處理后的銅鋅錫硫薄膜321形貌圖；
圖3為對照試驗1處理后的銅鋅錫硫薄膜321截面圖圖4為對照試驗3處理后的銅鋅錫硫薄膜321截面圖；
圖5為對照試驗1處理后的銅鋅錫硫薄膜及對照試驗3處理后的銅鋅錫硫薄膜的父尺0譜圖；
圖6為實施例1處理后銅鋅錫硫薄膜內部的3、86濃度及帶隙分布示意圖；
圖7為對照試驗2制備得到的銅鋅錫硫薄膜的乂即譜圖；
圖8為對照試驗2制備得到的銅鋅錫硫薄膜的％111磯譜。

【具體實施方式】
[0012]銅鋅錫硫薄膜的制備方法如下:利用磁控濺射技術在堿石灰玻璃上沉積一層金屬10,厚度為 80011111 ；將氯化銅(1.1411111101/1111)5氯化鋅(0.8臟01/1111 )、氯化亞錫(0.811111101/1111)和硫脲(3.7711111101/1111)依次溶于0130中，形成淺黃色的前驅體溶液。然后經勻膠機(1500轉/分)涂于鍍10玻璃上，3001在烤膠機上烘干。重復7次獲得初始的銅鋅錫硫薄膜，初始的銅鋅錫硫薄膜的厚度為1.0^2.0 4 0。
[0013]以下實施例中硒化、二次硒化、硫化、二次硫化都是在石墨盒中進行，將要進行硒化、二次硒化、硫化或二次硫化的銅鋅錫硫薄膜置于石墨盒的中央，固態(tài)硒源或硫源放在銅鋅錫硫薄膜的周圍；石墨盒于石英加熱管內，石英加熱管內通入氮氣。
[0014]實施例1
一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，包括以下步驟，硒化:在5001下，采用硒粉對初始的銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為40-1然后冷卻至室溫；硫化:將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5001下、硫粉下硫化，硫化時間為40-=，然后冷卻至室溫；二次硒化:在5001下，采用硒粉對硫化后的銅鋅錫硫薄膜進行二次硒化，硒化時間為20-11，然后冷卻至室溫；二次硫化:將二次硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5001下、硫粉下二次硫化，硫化時間為13111111，然后冷卻至室溫。
[0015]在所述硒化、二次硒化過程中，在硒粉中加入粉，粉的質量與硒粉的質量比為1: 1 ；在所述硫化、二次硫化過程中，在硫粉中加入311粉，811粉的質量與硫粉的質量比為 1: 1。
[0016]對照試驗1:在5001下，采用硒粉對初始的銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為40-11，然后冷卻至室溫；硫化:將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5001下、硫粉下硫化，硫化時間為40-1然后冷卻至室溫；即對銅鋅錫硫薄膜只進行一次硒化、硫化。
[0017]對照試驗2:在5001下，采用硒粉對初始的銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為40-11，然后冷卻至室溫；硫化:將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5001下、硫粉下硫化，硫化時間為40-1然后冷卻至室溫；即對銅鋅錫硫薄膜只進行一次硒化、硫化。在所述硒化過程中，在硒粉中加入512粉，811粉的質量與硒粉的質量比為1: 1 ；在所述硫化過程中，在硫粉中加入512粉，811粉的質量與硫粉的質量比為1:1。
[0018]對照試驗3:初始的銅鋅錫硫薄膜在500-550 00下、硫粉下硫化，硫化時間為40-1然后冷卻至室溫；即對銅鋅錫硫薄膜只進行一次硫化。
[0019]實施例1、對照試驗1、對照試驗3所得的結果如圖1 一 6所示。
[0020]結果分析:
由圖1-2可以看出:一次硫化后的銅鋅錫硫薄膜盡管表面比較平整，但是有大量的裂紋出現，會造成電池的短路。而對于一次硒化、硫化后的薄膜，表面比較粗糙，無裂紋出現，可有效的避免電池的短路。
[0021]由圖4可以看出:經過一次硒化、硫化后的銅鋅錫硫薄膜的晶粒尺寸明顯要高于一步硫化的銅鋅錫硫薄膜的晶粒尺寸。
[0022]由圖5可以看出:經過一次硒化、硫化后的銅鋅錫硫薄膜的乂即峰強度要高于一步硫化的銅鋅錫硫薄膜。且擬合后的一次硒化、硫化后的銅鋅錫硫薄膜的半峰寬(0.552)要小于一步硫化的銅鋅錫硫薄膜(0.867〉。說明采用一次硒化、硫化后的銅鋅錫硫薄膜的結晶強度、晶粒尺寸要高于一步硫化的銅鋅錫硫薄膜，與321結果相同。另外，經過二次硒化、硫化后的銅鋅錫硫薄膜的半峰寬為0.550，結晶質量又有所提高。且經過二次硒化、硫化后的銅鋅錫硫薄膜內的36和3元素分布如圖6所示:銅鋅錫硫薄膜兩側的3的濃度要高于％ ；而在薄膜中部，36的濃度要高于3。從而使帶隙兩側高，中間低，有利于提高電池的短路電流和效率。
[0023]由圖5可以看出，經一次硒化、硫化后的銅鋅錫硫薄膜出現了 3=?雜相，這是由于薄膜的熱分解所致。在硒化、硫化時加入％粉可避免3=?雜相的生成，如圖7 — 8所示，銅鋅錫硫薄膜結晶質量高，無雜相產生。
[0024]實施例2
實施例2與實施例1中所用的初始的銅鋅錫硫薄膜相同。
[0025]一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，包括以下步驟，硒化:在5501下，采用硒粉對初始的銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為20-11，然后冷卻至室溫；硫化:將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5501下、硫粉下硫化，硫化時間為40-11，然后冷卻至室溫；二次硒化:在5501下，采用硒粉對硫化后的銅鋅錫硫薄膜進行二次硒化，硒化時間為20-11，然后冷卻至室溫；二次硫化:將二次硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5501下、硫粉下二次硫化，硫化時間為5111111，然后冷卻至室溫。
[0026]在所述硒化、二次硒化過程中，在固態(tài)硒源中加入粉，311粉的質量與固態(tài)硒源的質量比為0.5: 1 ；在所述硫化、二次硫化過程中，在固態(tài)硫源中加入512粉，811粉的質量與固態(tài)硫源的質量比為0.5: 1。
[0027]實施例3
實施例3與實施例1中所用的初始的銅鋅錫硫薄膜相同。
[0028]一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，包括以下步驟，硒化:在5251下，采用硒粉對初始的銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為30-11，然后冷卻至室溫；硫化:將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5251下、硫粉下硫化，硫化時間為30-11，然后冷卻至室溫；二次硒化:在5251下，采用硒粉對硫化后的銅鋅錫硫薄膜進行二次硒化，硒化時間為15-11，然后冷卻至室溫；二次硫化:將二次硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5251下、硫粉下二次硫化，硫化時間為10111111，然后冷卻至室溫。
[0029]在所述硒化、二次硒化過程中，在硒粉中加入粉，811粉的質量與硒粉的質量比為0.7: 1 ；在所述硫化、二次硫化過程中，在硫粉中加入311粉，811粉的質量與硫粉的質量比為0.7: 1。
[0030]實施例4
實施例4與實施例1中所用的初始的銅鋅錫硫薄膜相同。
[0031]一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，包括以下步驟，硒化:在5351下，采用硒塊對初始的銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為30-11，然后冷卻至室溫；硫化:將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5351下、硫塊下硫化，硫化時間為30-11，然后冷卻至室溫；二次硒化:在5251下，采用硒塊對硫化后的銅鋅錫硫薄膜進行二次硒化，硒化時間為15-11，然后冷卻至室溫；二次硫化:將二次硒化后的銅鋅錫硫薄膜在5251下、硫塊下二次硫化，硫化時間為10111111，然后冷卻至室溫。
[0032]在所述硒化、二次硒化過程中，在硒塊中加入粉，811粉的質量與硒粉的質量比為1.1 ；在所述硫化、~^欠硫化過程中，在硫塊中加入311粉，311粉的質量與硫塊的質量比為 1: 1。
【權利要求】
1.一種提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，其特征在于，包括以下步驟，硒化:在500-550°C下，采用固態(tài)硒源對銅鋅錫硫薄膜進行硒化，硒化時間為20-40min，然后冷卻至室溫；硫化:將硒化后的銅鋅錫硫薄膜在500-550°C下、固態(tài)硫源下硫化，硫化時間為20-40min，然后冷卻至室溫；二次硒化:在500_550°C下，采用固態(tài)硒源對硫化后的銅鋅錫硫薄膜進行二次硒化，硒化時間為10-20min，然后冷卻至室溫；二次硫化:將二次硒化后的銅鋅錫硫薄膜在500-550°C下、固態(tài)硫源下二次硫化，硫化時間為5-13min，然后冷卻至室溫O
2.如權利要求1所述的提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，其特征在于:所述銅鋅錫硫薄膜的厚度為1.(Γ2.0 μ m。
3.如權利要求1所述的提高用于太陽能電池的銅鋅錫硫薄膜質量的方法，其特征在于:在所述硒化、二次硒化過程中，在固態(tài)硒源中加入Sn粉，Sn粉的質量與固態(tài)硒源的質量比為0.5 1.1 ;在所述硫化、_■次硫化過程中，在固態(tài)硫源中加入Sn粉，Sn粉的質量與固態(tài)硫源的質量比為0.5?I: I。
【文檔編號】H01L21/02GK104409568SQ201410638475
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權日:2014年11月13日
【發(fā)明者】陳永生, 符凱亮, 張利偉 申請人:鄭州大學