[发明专利]采用BiOCuS作为吸收层的薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本方法涉及一种采用BiOCuS作为吸收层的薄膜太阳能电池及其制备方法，利用更为廉价BiOCuS取代传统的昂贵的Cu(In,Ga)(S,Se)₂，成本低廉，转换效率高，具有较大应用前景，属于太阳能光伏材料领域。

背景技术

太阳能电池可以直接将可见光能转化为电能，相比于传统的单晶硅和多晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池利用原料少，成本更加低廉。Cu(In,Ga)(S,Se)₂基薄膜太阳能电池，具有禁带宽度可调、吸收系数高、转换效率高、抗辐射能力高、稳定性强等优点，有望成为新一代太阳能电池的主流。其典型结构为衬底、Mo电极层、吸收层、CdS、ZnO、Al-ZnO、顶电极等。

然而，由于需要使用地球上稀缺的元素In及Ga，因此寻找可以替代Cu(In,Ga)(S,Se)₂的新型吸收层材料成为一个研究热点。BiOCuS粉末的禁带宽度为0.93电子伏特（参见图1），导电性与CuInS₂相比拟，可通过掺杂及固溶等方法在较大范围内调节其带隙。因此，可能也是很好的吸收层材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种采用BiOCuS替代Cu(In,Ga)(S,Se)₂作为吸收层材料的薄膜太阳能电池及其制备方法，从而进一步降低太阳能电池的制备成本。

在此，本发明提供一种薄膜太阳能电池，所述薄膜太阳能电池的吸收层为BiOCuS薄膜。

本发明利用更为廉价BiOCuS取代传统的昂贵的Cu(In,Ga)(S,Se)₂，BiOCuS的禁带宽度为0.93电子伏特，导电性与CuInS₂相比拟，而且还可通过掺杂及固溶等方法在较大范围内调节其带隙，因此，本发明的薄膜太阳能电池成本低廉、转换效率高，具有较大应用前景。

较佳地，利用Newport生产的模拟光源表征所述薄膜太阳能电池的电池性能，具有光电转化响应，电池效率可达0.8%以上。

较佳地，所述BiOCuS薄膜的厚度为500nm～2μm。

较佳地，所述薄膜太阳能电池的衬底可以为玻璃、石英、硅片等常见衬底，也可以为SrTiO₃、LaAlO₃、金属、塑料等其他衬底。较佳地，所述薄膜太阳能电池的导电层可以为Mo导电层。

较佳地，所述薄膜太阳能电池的半导体层的材料可以为CdS、ZnS、ZnIn₂Se₄、和/或In₂Se₃。

另一方面，本发明还提供一种制备上述薄膜太阳能电池的方法，包括：

（1）通过磁控溅射、脉冲激光沉积、化学浴、旋涂、化学气相沉积、和/或电化学沉积在沉积有导电层的衬底上形成BiOCuS薄膜作为吸收层；以及

（2）沉积n型化合物薄膜形成n型半导体层并组装成薄膜太阳能电池。

本发明的方法，工艺简单易控，适合规模生产，用于形成BiOCuS薄膜的BiOCuS原料可以通过传统的固相反应法（例如高能球磨法）来制备，也可以通过溶液法制备，还可以为先制备成薄膜后再通过反应合成等方法来制备。

附图说明

图1为BiOCuS光吸收曲线。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明提供一种采用BiOCuS作为吸收层的薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池可以采用现有技术中的薄膜太阳能电池的结构，例如依次包括衬底、导电层、p型吸收层、n型半导体层、窗口层、透明电极层和顶电极，其中p型吸收层即为BiOCuS薄膜。

衬底的材料不限，可以采用公知的各种衬底，例如可以为玻璃、石英、硅片等常见衬底，也可以为SrTiO₃、LaAlO₃、金属、塑料等其他衬底。

导电层沉积于衬底上。导电层可以是但不限于钼，也包括其它适用金属材料，例如铝、钛、铜、不锈钢等。沉积方法可以采用现有技术，例如可以是真空镀膜方法，例如物理气相沉积或化学气相沉积。