本发明属于太阳电池,具体的说,是涉及一种提高柔性铜锌锡硫硒太阳电池性能的方法。
背景技术:
1、世界对能源的需求日益增长,太阳能电池备受重视。铜锌锡硫硒(cztsse)是由铜铟镓硒发展而来,与铜铟镓硒(cigs)相似,cztsse也是一种直接带隙的半导体材料。单层cztsse电池的光电转化效率的肖克利-奎瑟(shockley queisser)极限高达32.2%,其带隙在1.0到1.5电子伏特之间可连续调节,能够与入射太阳辐射范围良好匹配,具有较高的吸收系数,因此实际上仅需数微米层材料就能够吸收所有太阳光。
2、cztsse作为光伏电池的吸收层厚度为微米量级,可制造出成本低廉、面积大、效率高的光伏电池;该材料包含的元素丰富、价格低廉、对环境无害,因此近年来受到广泛关注。
3、与刚性钠钙玻璃(slg)衬底相比,基于柔性衬底的太阳电池具有成本低、重量轻及运输方便等优点,更具吸引力。此外,柔性太阳电池还可以广泛应用于新兴领域,如可穿戴电子设备、建筑集成光伏(bipv)、航空航天等。近年来,柔性cztsse太阳电池已取得重大突破,但效率仍低于刚性基板。对于铜基太阳电池,可选择多种柔性基板,如mo箔、聚合物(pi)、ti箔、不锈钢(ss)、柔性玻璃等。其中,由于其化学稳定性,钼箔可直接用作铜基太阳电池的背电极,具有更大的应用潜力。值得注意的是,最高效率的柔性cztsse太阳电池是在mo箔上制备的。
4、目前,提高柔性cztsse太阳电池的效率主要集中在提高吸收层的质量上。然而,柔性cztsse太阳电池具有多层结构,因此,包括后界面在内的界面对载流子传输和效率至关重要。mo作为cztsse太阳电池的背电极,在空穴收集中起着至关重要的作用,为吸收层的生长提供晶核位点,从而直接控制吸收层的质量。不幸的是,由于钼表面的复杂性,很少有人致力于阐明背面界面对柔性cztsse太阳电池的影响。
技术实现思路
1、本发明针对金属钼箔表面的复杂性、吸收层与衬底背接触差的技术问题,提供一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,通过调控柔性钼箔的表面,改善铜锌锡硫硒太阳电池的背接触,为制备高效柔性铜锌锡硫硒薄膜太阳电池提供良好基础,最终实现柔性器件光电转换效率的提升。
2、本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的:
3、本发明提供了一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,包括如下步骤:
4、s1、擦拭清洗金属钼箔表面;
5、s2、将s1得到的钼箔衬底放入抛光液中,基于电化学抛光技术对钼箔衬底进行抛光处理;
6、s3、将s2得到的钼箔衬底依次放入乙醇、去离子水中超声清洗,而后将钼箔衬底用氮气吹干;
7、s4、对s3得到的钼箔衬底表面做臭氧处理;
8、s5、在s4得到的钼箔衬底衬上制备得到柔性铜锌锡硫硒太阳电池。
9、进一步地,s1中,所述金属钼箔的纯度不低于99.98%,衬底厚度不小于0.02毫米。
10、进一步地,s1中,擦拭清洗的操作为将所述金属钼箔放置在流动的去离子水下,用棉球轻轻擦拭2-5分钟。
11、进一步地,s2中,将钼箔衬底垂直放入抛光液中,以钼箔衬底为阳极,基于电化学抛光技术对衬底进行抛光处理。
12、进一步地,s2中,所述抛光液由甲醇与浓硫酸按照20:1~8:1的体积比比例配置。
13、进一步地,s2中,所述抛光处理的功率为1.8~2.2瓦特,时间为40~80秒。
14、进一步地,s3中,所述超声清洗的每次清洗时间为15分钟。
15、进一步地,s4中,所述臭氧处理在常温下进行,处理时间为5~15分钟。
16、进一步地,s5中,先在钼箔衬底上沉积铜锌锡硫硒薄膜,然后沉积本征氧化锌层,而后沉积掺铝氧化锌层,最后沉积电极,得到柔性铜锌锡硫硒薄膜太阳电池。
17、更进一步地,所述铜锌锡硫硒薄膜的厚度为1.0~1.5微米;所述本征氧化锌层的厚度为20~50纳米;所述掺铝氧化锌层的厚度为300~400纳米;所述电极为银电极或镍/铝电极,所述银电极的厚度为0.5~1.5微米,所述镍铝电极中的镍层的厚度为20纳米、铝层的厚度为300纳米。
18、本发明的有益效果是:
19、本发明采用的背界面处理方法简单,不需要复杂的操作;通过对钼箔进行电化学抛光处理,能够有效除去衬底表面的污染物和复杂的氧化物,同时使衬底的粗糙程度增大,显著提高了前驱体溶液在衬底的浸润性,从而改善了前驱膜的沉积过程,改善了吸收层的质量;随后,通过对衬底进行臭氧处理,在钼箔表面形成一层新鲜的高功函的moo3层,有效抑制了铜锌锡硫硒薄膜在背界面的分解,进一步改善了吸收层与衬底之间的背接触;基于该种协同处理方法,铜锌锡硫硒薄膜与钼箔之间形成了准欧姆接触,从而促进了载流子的传输,提高了器件效率;同时,柔性器件的机械性能得到了显著提升。
1.一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,s1中,所述金属钼箔的纯度不低于99.98%,衬底厚度不小于0.02毫米。
3.根据权利要求1所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,s1中,擦拭清洗的操作为将所述金属钼箔放置在流动的去离子水下,用棉球轻轻擦拭2-5分钟。
4.根据权利要求1所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,s2中,将钼箔衬底垂直放入抛光液中,以钼箔衬底为阳极进行抛光处理。
5.根据权利要求1所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,s2中,所述抛光液由甲醇与浓硫酸按照20:1~8:1的体积比配置。
6.根据权利要求1所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,s2中,所述抛光处理的功率为1.8~2.2瓦特,时间为40~80秒。
7.根据权利要求1所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,s3中,所述超声清洗的每次清洗时间为15分钟。
8.根据权利要求1所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,s4中,所述臭氧处理在常温下进行,处理时间为5~15分钟。
9.根据权利要求1所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,s5中,先在钼箔衬底上沉积铜锌锡硫硒薄膜,然后沉积本征氧化锌层,而后沉积掺铝氧化锌层,最后沉积电极,得到柔性铜锌锡硫硒薄膜太阳电池。
10.根据权利要求9所述的一种改善柔性铜锌锡硫硒太阳电池背界面接触的方法,其特征在于,所述铜锌锡硫硒薄膜的厚度为1.0~1.5微米;所述本征氧化锌层的厚度为20~50纳米;所述掺铝氧化锌层的厚度为300~400纳米;所述电极为银电极或镍/铝电极,所述银电极的厚度为0.5~1.5微米,所述镍/铝电极中镍层的厚度为20纳米、铝层的厚度为300纳米。