[发明专利]一种二硫化钼/缓冲层/硅n-i-p太阳能电池器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏太阳能电池器件及其制备方法，尤其涉及一种二硫化钼/缓冲层/硅n-i-p太阳能电池器件及其制备方法，属于半导体太阳能电池领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对能源的需求也越来越大，当今世界各国积极寻求新的能源来替代石油、煤炭等传统能源的趋势下，太阳能以其清洁、无公害、安全等显著的优势成为新能源中较早被人们使用，且与现在电力科技兼容性较好的能源。

太阳能电池器件的光伏性能是其最重要的核心指标之一，如何提高太阳能电池器件的光伏性能一直是本领域技术人员研究的热点。

中国专利申请CN104049022A和CN104198532A分别公开了一种具有氢气敏感效应的二硫化钼/硅异质薄膜器件及其制备方法和应用和一种具有氨气敏感效应的二硫化钼薄膜器件及其制备方法和应用。它们均利用直流磁控溅射技术在Si基片表面沉积MoS₂薄膜，并分别利用MoS₂薄膜对H₂和NH₃的吸附作用和半导体异质界面的电输运放大作用，制备出具有对H₂和NH₃敏感效应的MoS₂/Si异质薄膜器件。

上述两种二硫化钼/硅异质薄膜器件的工作原理，主要基于MoS₂薄膜材料对气体分子产生吸附，从而引起气体敏感效应。

但上述两种二硫化钼/硅异质薄膜器件均采用直接在Si半导体的表面上沉积MoS₂薄膜的基本结构形式，均并未关注器件的界面特征，而器件的界面特征恰恰是器件光伏性能优劣的决定因素之一。

上述技术方案的因而导致制备出的二硫化钼/硅异质薄膜器件较差的界面结构和较小的内建电场，所形成的MoS₂/Si n-p结的光伏性能较差，甚至无明显的光伏性能。

发明内容

本发明的目的之一是，提供一种太阳能转换效率高的MoS₂/缓冲层/Si n-i-p结太阳能电池器件。

本发明为实现上述目的所需要解决的技术问题是，如何改进太阳能电池器件的内部结构，以提高太阳能电池器件光伏性能；

即，如何在现有技术的二硫化钼/硅异质薄膜器件的MoS₂/Si界面之间，增加一层介质缓冲层，对其界面和能带结构的修饰，利用缓冲层对界面能带结构的修饰和对光生载流子界面复合的阻挡，进而提高太阳能电池器件光伏性能的技术问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种二硫化钼/缓冲层/硅n-i-p太阳能电池器件，其特征在于，为层状结构，由上至下依次包括Pd金属前电极、MoS₂薄膜层、缓冲层、p型单晶Si基片和金属In背电极；

所述缓冲层通过直流磁控溅射沉积于所述p型单晶Si基片的上表面上，其厚度为1-3nm，材质为具有宽禁带的介质材料，所述介质材料的禁带宽度Eg>3.0eV；

所述MoS₂薄膜层通过直流磁控溅射沉积于所述缓冲层的表面上，所述MoS₂薄膜层具有n型半导体特征，其厚度为70-80nm；

所述Pd金属前电极通过直流磁控溅射沉积于所述MoS₂薄膜的表面上，其厚度为30-40nm；

所述金属In背电极通过锡焊焊接在所述Si基片的下表面上，其厚度为0.2mm。

上述技术方案直接带来的技术效果是，通过界面缓冲层的引入，显著提高了器件的光伏性能，与现有技术的未引入界面缓冲层的异质结构的太阳能电池器件的性能对比检测结果表明，上述技术方案的太阳能电池器件具有较大开路电压、较高太阳光转化效率、结构和性能稳定等优点：

太阳能电池器件的开路电压由0.13V提高到了0.22V，提高了69％；短路电流密度由3.2mAcm^-2提高到了4.7mAcm^-2，提高了47％；光转换效率由1.3％提高到了2.4％，提高了85％。

并且，这种结构形式的太阳能电池器件，其结构简单，工艺简单、成品率高、制造成本低，生产过程无污染，适于规模化工业生产。

为更好地理解上述技术方案，现详细说明如下：