[发明专利]一种制备锡硫化合物叠层太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池技术领域，更具体地，涉及一种制备锡硫化合物叠层太阳能电池的方法。

背景技术

太阳能是一种清洁的可再生能源，以光伏效应为基础的太阳能电池越来越受到重视。太阳能电池发展共经历三个阶段。第一阶段的以单晶硅为主，虽然转化效率较高，但生产成本较高。第二代太阳能电池为薄膜太阳能电池，其转化效率虽不高，但生产成本得到了有效降低。但单一材料制备的单结太阳电池的效率的提高受到限制，这是因为材料的禁带宽度是固定值，而太阳光谱的能量范围很宽(0.4～4eV)，因此太阳光谱中能量小于禁带宽度的光子不能被太阳电池吸收，能量远大于禁带宽度的光子虽被吸收，但激发出的高能光生载流子很快弛豫到能带边，将能量大于禁带宽度的部分传递给晶格，变成热能消耗掉。解决这一问题最有效的办法即寻找能充分吸收太阳光谱的太阳电池结构，其中最有效的方法即为采用叠层电池。叠层电池的原理是将具有不同禁带宽度的材料作为多个子太阳电池，然后将他们按禁带宽度大小从宽至窄顺序叠加起来，组成一串接多节太阳电池。每个带隙吸收与其带隙宽度相匹配的波段的光子，转换效率为各节电池转换效率的总和。因此叠层太阳电池比单节电池更充分的吸收和转换太阳光，从而提高太阳电池的转换效率。叠层电池属于第三代太阳能电池，而且已经成为第三代太阳能电池的重要发展方向。

目前，在叠层太阳电池的制备中存在两个重要的问题，即原料的选择和制备方法。目前的制备中采用的原料多为镓、铯、镉、铟等元素，而这些元素均较为稀有，提高了生产成本。另外有些元素对环境保护存在一定的危害。因此，原料丰富且无毒，易于薄膜化，转化效率高成为第三代太阳电池必备的条件。在制备方法方面，传统的p-n/p-i-n结的制备，需要引入复杂的掺杂工艺，增加了制作成本，也延长了制作周期。一些溶液法虽制备工艺简单，但薄膜的制备则需要较长的制备时间。因此，一种能满足高沉积速率、大面积、低成本的叠层太阳能电池的制备方法成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种制备锡硫化合物叠层太阳能电池的方法，其能够满足原料丰富，低廉及环境友好的要求，而且制备工艺简单，能满足大面积、高速度沉积的要求，且该方法的可控性强。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备锡硫化合物叠层太阳能电池的方法，包括以下步骤：

(1)清洗沉积有透明导电膜的基片；

(2)将清洗后的基片置于等离子体化学气相沉积系统的腔体内的基片加热装置上；

(3)将含锡和硫的原料置于等离子体化学气相沉积系统的腔体内的原料蒸发装置中；

(4)通入氩气，以产生氩气等离子体，通入氩气流量为20～70sccm；

(5)利用氩气等离子体对清洗后的基片和等离子体化学气相沉积系统的腔体处理10～20分钟，氩气等离子体的功率为10～50W，处理时的压强为30～100Pa；

(6)打开基片加热装置，对基片进行加热，加热温度为200～350℃；

(7)打开原料蒸发装置，进行第一阶段沉积，即利用等离子体化学气相沉积的方法在清洗后的基片表面制备n型锡硫薄膜，并向等离子体化学气相沉积系统中通入氩气和氢气，其中氩气流量为20～70sccm，氢气流量为5～50sccm，等离子体功率为60～250W，压强100～150Pa，原料蒸发温度150℃～1000℃，沉积时间20～120分钟；

(8)第一阶段沉积结束后，关闭氢气，进行第二阶段沉积，即利用等离子体化学气相沉积的方法在清洗后的基片表面制备p型锡硫薄膜，并向等离子体化学气相沉积系统中通入氩气，其中氩气流量20～70sccm，等离子体功率为60～250W，等离子体压强100～150Pa，沉积时间20～120分钟；

(9)第二阶段沉积结束后，重复步骤(7)和步骤(8)1～3次，以制备出多组p-n结；

(10)停止通入氩气；

(11)在等离子体化学气相沉积系统的腔体中对制备出的多组p-n结进行真空退火，并在氩气环境中冷却至室温，其中退火温度300～450℃，退火时间30～120分钟；

(12)利用磁控溅射法在制备好的多组p-n结表面沉积厚度为100～300nm的银膜，从而最终制备出叠层太阳能电池。

含锡和硫的原料包括单质锡、单质硫、含锡和硫元素的化合物或者纳米硫化亚锡粉末。

透明导电膜是由ITO、AZO或FTO材料制成。

的原料蒸发装置的数量为1个或多个，并且原料蒸发装置上设有挡板，用于控制原料蒸发时间和速率。