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铜锌锡硫硒薄膜及其制备方法、铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-02-08 10:33:21
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 郝建平 | 2023-02-16 13:22:54
一种铜锌锡锗硒薄膜，包括：入光层，包括第一入光面及与所述第一入光面相对的第一背光面，所述入光层的材料中锗与锡的摩尔比值沿所述第一入光面到所述第一背光面的方向逐渐降低；及背光层，包括与所述第一背光面相连的第二入光面及远离所述第一背光面的第二背光面，所述背光层的材料中锗与锡的摩尔比值沿所述第二入光面到所述第二背光面的方向逐渐升高；上述铜锌锡锗硒薄膜中，铜锌锡锗硒薄膜材料的禁带宽度呈先降后升的变化趋势，使光生电子-空穴对在高复合区域中分离，避免光生载流子之间的复合，提高对光生载流子的收集效率，进而提高了铜锌锡锗硒薄膜太阳能电池的光电转换效率。同时还提供了一种铜锌锡锗硒薄膜的制备方法及使用该薄膜的太阳能电池。
一种铜锌锡锗硒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将衬底加热至450～600℃；采用蒸镀法或溅射法，分别产生铜蒸汽及锌蒸汽，并通过蒸镀法加热锡源、锗源及硒源，产生锡蒸汽、锗蒸汽及硒蒸汽，将所述铜蒸汽、锌蒸汽、锡蒸汽、锗蒸汽及硒蒸汽同时沉积在所述衬底上，从第二背光面开始生长所述铜锌锡锗硒薄膜，且在生长中的所述铜锌锡锗硒薄膜的薄膜表面呈富铜状态；调节所述锗源及所述锡源的加热温度，使所述锗蒸汽与所述锡蒸汽的摩尔比值随时间逐渐下降，直至背光层沉积形成完毕；停止输入所述铜蒸汽，并调节所述锗源及所述锡源的加热温度，使所述锗蒸汽与所述锡蒸汽的摩尔比值随时间逐渐上升；当沉积所得薄膜表面材料由富铜状态转变为贫铜状态时，停止输入所述锌蒸汽及所述锗蒸汽，并停止对所述衬底的加热，形成入光层；当所述衬底温度下降到420～480℃时，停止输入所述锡蒸汽；及当所述衬底温度下降到260～350℃时，停止输入所述硒蒸汽，制得铜锌锡锗硒薄膜。
薄膜太阳能电池成本低重量轻，能在多种便宜的衬底上制备成器件，便于大规模生产，是未来太阳能电池发展的重要方向。铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳能电池能够同时兼顾高效率和低成本，由于其合金材料中的元素铜、锌、锡、硫和硒的地球储量非常丰富，不含有毒成分，从而也克服了薄膜太阳能光伏材料的资源瓶颈，使得铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池在大规模光伏发电上具有了可持续发展的能力，将是未来薄膜光伏电池中潜力巨大的竞争者。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
上述铜锌锡硫硒薄膜，随着材料中硫与硒的摩尔比值的变化，从入光层的第一入光面开始，禁带宽度呈先降后升的V字形变化趋势。这种变化趋势的禁带宽度，可使得第一入光面至第一背光面，及第二背光面至第二入光面间产生电势差，将光生载流子从高复合区域中驱离，避免光生载流子之间的复合，延长了光生载流子的寿命，且产生的电势差有利于提闻光生载流子的扩散长度，提闻对光生载流子的收集效率，进而提闻了电池的光电转换效率。
技术合作
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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