[发明专利]基于磁控溅射和后硒化制备太阳能电池吸收层Sb2Se3薄膜的方法

说明书

本发明公开一种基于磁控溅射和后硒化制备太阳能电池吸收层Sb₂Se₃薄膜的方法。其特征衬底为镀钼薄膜、导电玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃以及金属箔中的一种；磁控溅射的Sb2Se3靶材，纯度为96~99.9%；将Sb₂Se₃靶材通过磁控溅射在氩气氛围下沉积于清洁衬底上，形成Sb₂Se₃前驱体薄薄膜，真空保存；将Sb₂S₃前驱体薄膜在硒气氛下进行硒化热处理，最终得到本方法所述的Sb₂Se₃薄膜。本发明采用磁控溅射Sb₂Se₃前驱体薄膜后在硒气氛中热处理的制备方法，具有合成薄膜成相纯净单一，制作工艺简单、安全无毒、可实现大面积生产以及厚度易控等优点。

技术领域

本发明涉及太阳能电池材料与器件技术领域，具体涉及的是一种磁控溅射和后硒化制备太阳能电池吸收层Sb₂Se₃薄膜的方法。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，是国民经济的战略性资源和基础产业，是驱动生产力发展和文明进步的动力源泉。随着时代的进步，煤炭、火电供能的方式渐渐暴露出其弊端，储量有限的传统能源成为了一次性产品，温室效应、酸雨、雾霾等问题折射出环境的不可逆性及能源的稀缺性。因此，为了解决能源短缺问题和环境协调的关系，人们将目光投向了太阳辐射资源，太阳能是一种储存丰富的可再生能源，其中光伏电池提供了全新的使用太阳能资源的方法。

近年来太阳能电池进入人们的视线，其发展历程由第一代的硅晶太阳能电池，第二代薄膜太阳能电池到第三代有机太阳能电池。因为化合物薄膜太阳能电池具有材料用量少、制备能耗低、弱光和高温发电性能好、产品轻质可柔性等优势, 从而成为太阳能电池中的热点研究领域。

相比于组分和晶格缺陷的控制过于复杂的铜锌锡硫硒(CZTSSe)太阳能电池，表面易于形成S空位导致效率降低的FeS₂太阳能薄膜电池，以及易形成Sn₂S₃和SnS₂杂相的SnS太阳能薄膜电池，Sb₂Se₃开始成为研究人员的关注焦点。Sb₂Se₃为直接跃迁半导体材料, 禁带宽度为1.2eV，根据 Shockley-Queisser 理论计算，其单结太阳能电池理论光电转换效率能达到 30%以上；其对短波长可见光的吸收系数大于10⁵ cm⁻¹, 只需要500 nm 薄膜就可以对入射太阳光进行充分吸收。Sb₂Se₃电学特性也特别理想，其相对介电常数达到15，高于CIGS(ε=13.6) 和 CdTe(ε= 7.1)，使得缺陷的结合能相对较小，对自由电子或空穴的俘获能力低，有望降低缺陷引起的复合损失，制作高效太阳能电池。