[发明专利]一种Pd‑MoS2异质结光伏太阳能电池器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于半导体异质结的太阳能电池器件及其制备方法，尤其涉及一种Pd金属掺杂的MoS₂异质结光伏太阳能电池器件及其制备方法。

背景技术

光电利用即光伏发电是近些年发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域之一，而太阳能电池则是光伏发电系统的核心部分。一直以来，硅(Si)半导体在太阳能电池研制领域占有主导地位。同时，为实现太阳能电池转换效率的大幅提高和生产成本的显著降低，国内外研究人员不断尝试各种新型半导体材料，其中二硫化钼(MoS₂)更值得关注和研究。

本征MoS₂属于n型半导体，其带隙宽度约为1.2-1.9eV。MoS₂的带隙与可见光(1.7～3.1eV)具有良好的匹配性，能对太阳光产生较强吸收，其可见光吸收系数约为10⁵cm^-1，超过Si一个数量级。为此，MoS₂已成为研制新型光伏太阳能电池器件的热点材料之一。MoS₂具有层状结构特征，这一结构使该类半导体的导电性呈现各向异性特征：一方面，电子在径向(层内)上的输运能力超强。

另一方面，在轴向(垂直于膜面)上，MoS₂则表现出较弱的导电性，其电导率仅是径向的10^-3倍。较弱的轴向导电性严重阻碍了光激发电子的输运，会导致其光伏性能大幅降低。为此，必须探索出一种有效方法来增强MoS₂薄膜的轴向导电性。

中国专利申请CN104465844A公开了一种二硫化钼/硅p-n结太阳能电池器件及其制备方法，该方法利用磁控溅射技术在Si半导体表面直接沉积了一层MoS₂薄膜，并在该p-n结器件中观测到了明显的光伏效应。

中国专利申请CN104617165A公开了一种二硫化钼/缓冲层/硅n-i-p太阳能电池器件及其制备方法，该方法利用磁控溅射技术在MoS₂和Si之间插入一层缓冲层材料，从而获得了增强的光伏性能。

但是，上述两种太阳能电池器件，均未采取有效技术方法改善MoS₂的轴向导电性。这导致已有器件的短路电流密度较小，阻碍了其光伏性能的提高。

如何有效提高MoS₂薄膜的轴向导电性，进而在此基础上，进一步地，研制出一种具有较高短路电流和光伏性能的太阳能电池器件，已成为当前基于半导体异质结的太阳能电池器件技术领域的一个重要研究方向。

发明内容

本发明的目的之一是，提供一种具有较高短路电流密度和优良光伏性能的Pd-MoS₂异质结光伏太阳能电池器件。

本发明为实现上述目的所需要解决的技术问题是，通过过渡金属原子掺杂的方法，提高光伏太阳能电池器件的性能；即通过Pd金属掺杂，增强MoS₂层与层之间的电子输运能力，从而增强其轴向导电性，从而提高光电流密度和光伏性能。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种Pd-MoS₂异质结光伏太阳能电池器件，其特征在于，为层状结构，由上至下依次包括Pd金属前电极、Pd-MoS₂薄膜层、第一SiO₂绝缘缓冲层、Si单晶基片、第二SiO₂绝缘缓冲层和金属In背电极；其中：

所述Si单晶基片是单面抛光，晶面取向为(100)面、导电类型为n型；

所述第一SiO₂绝缘缓冲层和第二SiO₂绝缘缓冲层的厚度均为1-3nm；

所述Pd-MoS₂薄膜层、Pd金属前电极和金属In背电极的厚度分别为10-30nm、30-40nm、0.2mm；

上述Pd-MoS₂薄膜层中，Pd与MoS₂的摩尔比为0.5-5︰95-99.5。

上述技术方案直接带来的技术效果是，从制备材料和结构两方面着手，在现有技术的基础上，通过Pd金属对MoS₂薄膜的掺杂，有效提高了薄膜的轴向导电性，利于光激发电子在薄膜内的输运，使得光伏太阳能电池器件在短路电流、开路电压、光转化效率等综合性能方面取得了突破性的改善和显著的提升：