[发明专利]一种SnS2/SnS异质结薄膜太阳能电池的一次性制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化合物薄膜太阳能电池技术领域，具体来讲，涉及一种SnS₂/SnS异质结薄膜太阳能电池的一次性制备方法。

背景技术

随着全球工业化的日渐发展，人类正面临着能源消耗急剧增加和自然资源相对匮乏的世界性难题。太阳能发电技术作为可再生新能源的杰出代表因其安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得等诸多优点越来越受到世界各国的广泛关注。

薄膜太阳能电池的低成本增加了它与晶体太阳能电池竞争的实力，目前比较成功的薄膜太阳能电池技术主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、铜铟硒电池和碲化镉电池等。多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池生产工艺虽然相对简单，但是其大面积电池的转换效率难达10％以上，并且存在着光衰退现象，很难做大型电源；铜铟硒电池和碲化镉电池等的吸收系数很大，它的转换效率很高，但是比较昂贵，并且有毒，大量使用对环境造成极大危害。锡硫化合物因其易制成薄膜、高光电转换效率、含量丰富且安全无毒等优点，成为一种具有潜在应用前景的无毒、环保的新型太阳能电池材料。

SnS是一种无毒环保的光电材料，且其光学直接带隙为1.3eV，接近太阳能电池材料的最佳禁带宽度1.5eV，同时具有很大的光吸收系数(α＞10⁴cm^-1)，理论光电转换效率可达到25％，因此具有广阔的应用前景。此外，锡硫化合物的另一种物质SnS₂，其光学禁带宽度为2.44eV，是一种良好的n型半导体材料，它可用作太阳能电池的窗口材料。目前，通过物理和化学的多种方法均可制备出SnS、SnS₂薄膜，且质量均较为优异，进而制备出p-n结。

在薄膜太阳能电池的制备过程中，通常是将透明导电薄膜、光吸收层、窗口材料、减反层以及背电极等薄膜材料分别沉积在一块基片上，其中p-n结的制备是薄膜太阳能电池中的重要环节，其影响整块电池的制作成本和质量。传统的p-n/p-i-n结的制备，需要引入复杂的掺杂工艺，增加的制作成本，而且在制备过程中，p型薄膜和n型薄膜需要分别采用两次不同的方法沉积在基片表面，制作周期比较长。这种传统的制备方法，制备出的p-n结往往容易形成断层，p型薄膜和n型薄膜结合性不好，造成太阳能电池的串联电阻很大，以至于转换效率很低。因此，如何开发出一种简单、高效的直接一次性制备p-n结的工艺是目前亟待解决的问题。

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SnS₂/SnS异质结薄膜太阳能电池的一次性制备方法，该方法制备工艺简单，制作周期大大降低，能满足大面积、高速度沉积的要求，且能避免异质膜之间的断层对薄膜太阳能电池的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种SnS₂/SnS异质结薄膜太阳能电池的一次性制备方法，包括下述步骤：

(1)基片预处理：对基片进行清洗干燥后，将其置于等离子体增强化学气相沉积系统的上基板上；

(2)混合原料备用：取锡化物和硫化物的混合原料放于坩埚内，其中，所述混合原料中锡元素和硫元素的物质的量之比为1:2～1:5，再将坩埚放入等离子体增强化学气相沉积系统的反应源加热装置内；

(3)真空获得与基片加热：待等离子体增强化学气相沉积系统的真空室腔体内压强达到5×10^-2～8×10^-4Pa时，打开衬底加热台对基片进行加热；

(4)氩气等离子体清洗真空室腔体和基片：向真空室腔体内通入氩气并使腔内压强稳定在50～100Pa，打开射频电源使氩气放电，利用氩气放电产生的氩气等离子体对真空室腔体和基片进行清洗；

(5)等离子体增强化学气相沉积法沉积异质结：

设定射频电源功率为50～300W，并按下述方式设定反应源加热装置的加热温度数值T与反应沉积时间数值t的关系：

200≤T＜350,t＝0.1T+40

350≤T＜450,t＝0.26T-16，

450≤T≤800,t＝0.1T+56

其中反应源加热温度数值T的单位为度，反应沉积时间数值t单位为分，真空室腔内压强稳定在50～150Pa，随着加热温度的升高，置于反应源加热装置内的混合原料在氩气或氩氧混合气下蒸发并沉积于基片表面，按此方式利用等离子体增强化学气相沉积法在清洗后的基片表面沉积SnS₂/SnS的两成膜结构的异质结；