一种Cu₂ZnSnS₄薄膜太阳能电池及其制备方法和其光电转换系统

摘要

本发明一种Cu₂ZnSnS₄薄膜太阳能电池，包括依次从上到下设置的抗反射层、缓冲层、吸收层和基底层；抗反射层上设置有导电电极；吸收层由七排平行并列设置的Cu₂ZnSnS₄薄膜组成，七排Cu₂ZnSnS₄薄膜的光学带隙值依次减小，且分别为对应紫光、蓝光、青光、绿光、黄光、橙光、红光波段的Cu₂ZnSnS₄薄膜光学带隙。对应的光电转换系统包括用于将太阳辐射光谱分裂成七级单色光谱的第一光学系统，用于将单色光谱分别进行聚焦的第二光学系统，用于将聚焦的单色光分别耦合到对应Cu₂ZnSnS₄薄膜的第三光学系统，以及用于收集吸收层内光子诱导电流的电极回路。还提供了一种所述太阳能电池的对应制备方法。

主权项

一种Cu₂ZnSnS₄薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，1)采用复合靶射频磁控共溅射方法在n‑Si基底层生长Cu₂ZnSnS₄先驱物；2)然后将所得Cu₂ZnSnS₄先驱物在不同体积比的H₂S和N₂混合气氛下进行硫化处理形成Cu₂ZnSnS₄吸收层；a.通过改变Cu，ZnS和SnS靶的溅射功率以及H₂S和N₂的体积比来改变Cu₂ZnSnS₄薄膜的光学带隙值，在n‑Si衬底上通过溅射沉积制备光学带隙值为2.80‑3.10eV范围内的Cu₂ZnSnS₄薄膜，用于对应440‑400nm的紫光波段；用挡板沿宽度方向遮盖基底层上对应紫光的Cu₂ZnSnS₄薄膜的面积的1/8‑1/6，将其余部分通过刻蚀移除，露出基底层；b.在基底层的裸露部分通过改变Cu，ZnS和SnS靶的溅射功率以及H₂S和N₂的体积比，通过溅射沉积制备光学带隙值为2.70‑2.80eV范围内的Cu₂ZnSnS₄薄膜，用于对应460‑440nm的蓝光波段；用挡板遮盖基底层上对应蓝光的Cu₂ZnSnS₄薄膜面积的1/8‑1/6，其余的部分通过刻蚀移除，露出基底层；c.重复步骤b，依次制备光学带隙值为2.50‑2.70eV、2.15‑2.50eV、2.10‑2.15eV、2.00‑2.10eV和1.60‑2.00eV的Cu₂ZnSnS₄薄膜，分别用于对应500‑460nm的青光波段、580‑500nm的绿光波段、590‑580nm的黄光波段、620‑590nm的橙光波段和760‑620nm的红光波段，形成由七排平行并接的Cu₂ZnSnS₄薄膜组成的吸收层；3)采用磁控溅射方法在吸收层上依次制备缓冲层和抗反射层，得到Cu₂ZnSnS₄薄膜太阳能电池。