一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的低成本制备方法

摘要

本发明涉及一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的低成本制备方法，属于半导体光电材料与器件技术领域；本方法采用共同蒸发法制备Cu、Zn和Sn的金属前驱体，再将前驱体在硫蒸气中进行硫化得到多晶铜锌锡硫薄膜Cu2ZnSnS4（CZTS），制备的多晶CZTS薄膜具有类黝锡矿结构和与太阳光谱匹配的直接带隙宽度，对可见光的吸收系数以及电阻率和载流子迁移率等特性均适合作为薄膜太阳电池吸收层；采用该方法制备铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层原材料来源丰富且无毒性、制备工艺简单、薄膜性能易控制和适合于规模化工业生产。

主权项

一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层的低成本制备方法，采用真空共同蒸镀金属前驱体后硫化的方法，在玻璃或镀钼玻璃衬底上制备适合作为薄膜太阳电池吸收层的多晶铜锌锡硫薄膜；其特征在于：包括如下步骤：（1）金属前驱 体薄膜的制备衬底选用普通玻璃或镀钼玻璃，用酒精、丙酮有机溶剂浸泡、超声波清洗，烘干备用；在普通真空镀膜机上进行前驱 体的蒸发，衬底不加热，蒸发源与衬底的距离为25~35cm，将蒸发源：纯度为99.99%及以上的高纯锌、铜和锡放在同一钼舟中，在真空蒸发腔体的本底真空为2×10‑3 Pa以上的条件下使蒸发源完全蒸发，制备铜、锌和锡的金属前驱 体薄膜，其中三种金属锌、铜和锡为颗粒、片状或粉体的一种，其质量比分别在铜：（锌+锡）= 0.9~1.0和锌：锡=1.1~1.0之间；（2）金属前驱 体薄膜的硫化在普通真空高温炉内进行金属前驱 体薄膜的硫化，石英舟中放入适量的固态单质硫，沉积有前驱体的衬底置于其上并放入炉的中心处，流量为25~35 sccm的氮气通入真空炉，硫化在氮气保护下进行，炉温以5~15℃/min的速率升温至250~350℃，保持30~40分钟，然后再以40~55℃/min的速率升温至硫化温度450~550℃，在不同硫化条件下使前驱 体在硫蒸气与氮气的混合气流中保持2.5~3.0h 进行硫化；自然冷却至室温，铜锌锡硫薄膜制备完成。