[发明专利]一种低成本FeS2薄膜太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本FeS₂薄膜太阳电池的制备方法，属于高效、低成本、环境友好的光伏电池技术领域。

背景技术

高效、低成本和环境友好的新型太阳电池的关键材料与器件的研究是大规模应用太阳电池，解决化石能源日益枯竭和环境问题的关键，也是太阳电池领域研究的热点和难点。

探索低成本薄膜太阳电池材料是未来规模化利用太阳能发电的必由之路。二硫化亚铁（FeS₂）作为组成元素无毒、储量十分丰富的二元化合物，具有合适的禁带宽度、较高的光吸收系数和足够的载流子扩散长度等优点。因此，FeS₂是一种较为理想的低成本环境友好型薄膜太阳电池材料。其最终应用的关键之一在于发展低成本的合成方法，制备在空气中稳定的纯立方相FeS₂材料。FeS₂在制造太阳电池等光电转换器件方面具有良好的应用潜力，也可作为染料敏化太阳电池的窄禁带半导体敏化材料。早期的理论研究（A.Ennaoui, S.Fieehter,C. H. Pettenkofer, N.Alonso-Vante, K.Buker, M.Bronold, C.Hopfeer, H.Tributseh, Irondisulfideforsolarenergyeonversion,SolarEnergyMaterialsandSolarCells,1993,29(4): 289-370）认为利用FeS₂可做成pn结及pin结构的太阳电池，进而实现光电转换。其中的pn结结构的形成可通过掺杂元素来控制。根据P. P. Altermatt等人（P. P. Altermatt, T. Kiesewetter, K. Ellmer, H. Tributseh, Speeifying targets of futurer esearch in Photovoltaie devices eontaining Pyrite (FeS₂) by numerical modeling, Solar Energy Materials and Solar Cells, 2002,71(2):181-195）关于FeS₂单晶及薄膜的计算模拟分析，pn结结构太阳电池的光电转效率可达18.5%。

近年来，人们对FeS₂半导体材料的其它应用也进行了研究，如美国发明专利: Method to synthesize colloidal iron pyrite(FeS₂) nanocrystals and fabric ate iron pyrite thin film solar cells（US20110240108A1）：专利公提供了一种用于高效，低成本的p-n异质结黄铁矿（FeS₂）太阳能电池的制造系统和方法。包括黄铁矿（FeS₂）薄电池组件包括窗口层、吸收层和电极。提供合成胶体黄铁矿纳米晶体的方法。还提供了一种化学法制造高效率，低成本的pn异质结黄铁矿的太阳能电池的方法。美国发明专利：Counter electrode and dys-sensitized solar cell using the same（US20140158186A1），专利公开了一种背电极和染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池包括：前电极，背电极和电解质溶液，背电极包括导电层和催化剂层。催化剂层包括的FeS₂，将电解液布置在前电极和对电极之间。因此是将FeS₂修饰ITO应用到染料敏化太阳电池中，本发明能够显著减小背电极和染料敏化太阳能电池的制造成本。本专利在背电极钼（Mo）层上蒸发制备FeS₂薄膜作为P型层，材料带隙为0.95eV~1.37eV，不同的S含量及微结构可调控材料的带隙；再在P型层上制备i-ZnO作为N型层，材料带隙为3.2eV；为了使P型层和N型层之间的带隙匹配良好，在两层间加入一层CdS（Eg=2.4eV）作为缓冲层，在i-ZnO上制备ZnO:Al作为透明导电氧化层，最后制备MgF₂作为减反膜和前电极Ag-Mg合金，从而制备出FeS₂太阳电池，相比较而言，本专利具有工艺简单、薄膜均匀性好、易控制等优点。

发明内容