[发明专利]一种硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料及薄膜太阳能电池制备领域，更具体地，涉及一种硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

由于当前的能源短缺与环境污染问题日益严重，人们越来越关注地球上其它可再生能源的开发与利用。而在众多可再生能源中，又以太阳能最具发展前景，据统计，地球的大气、海洋和陆地吸收的太阳能每年大约是3.85×10²⁴J，一小时的太阳能就比2002年全世界使用的能量总和还要多。基于光生伏特效应制备出的太阳能电池可将太阳能转化为电能，而且这种产生电能的方式在转化过程中不会造成环境污染，非常绿色环保。目前，硅基太阳能电池以其较高的光电转化效率优势占据光伏产业的大部分市场份额，但硅基太阳能电池在生产过程中能耗较大，原料利用率不高，且不能实现柔性化，不利于长期发展。

为此，我们开发出了一种新型的以硒化锑作为吸光层的薄膜太阳能电池。硒化锑是一种新型光伏材料，拥有着适宜的禁带宽度1.17eV，吸光系数超过10⁵cm^-1，绿色无毒，价格低廉，国内便有厂家生产。目前，有关硒化锑薄膜太阳能电池的报道主要集中在以硫化镉为n型层的顶衬结构器件上，已报道的最高光电转化效率为5.6％。但硫化镉是一种有毒物质，在实际使用过程中可能会造成环境污染，危害人体健康，而且实际研究过程中发现，镉容易扩散到硒化锑层，导致器件性能不稳定。

由此可见，寻找一种绿色无毒且化学性质稳定的材料作为硒化锑薄膜太阳能电池的n型层是一件亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法，由此解决现有的n型层会造成环境污染，危害人体健康且器件性能不稳定的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种硒化锑薄膜太阳能电池，包括：导电基底、n型层、p型层和电极，所述n型层为氧化锡薄膜，所述p型层为硒化锑薄膜。

氧化锡是一种常见的化合物，拥有合适的能带位置，较大的禁带宽度(～3.6eV)，较高的载流子迁移率，依据光伏效应原理，有作为硒化锑薄膜太阳能电池的n型层的可能性，但此前未见将其应用到硒化锑薄膜太阳能电池上的相关报道。相比于其它绿色无毒的常见半导体材料，如氧化钛和氧化锌，依据相关报道及我们现有研究，氧化钛在紫外光照条件下性质不稳定，而氧化锌容易与酸反应，而且它们的禁带宽度均小于氧化锡，相比之下，氧化锡禁带宽度更大且化学性质稳定，是作为硒化锑薄膜太阳能电池n型层的一个不错的选择。

进一步的，导电基底为透明导电玻璃FTO或者ITO导电玻璃。

优选的，导电基底为透明导电玻璃FTO。

进一步的，电极为碳电极或者金电极。

优选的，电极为金电极。

按照本发明的另一方面，提供了一种硒化锑薄膜太阳能电池的制备方法，包括：

(1)配制氯化亚锡水溶液，配好后滴入5到10滴质量分数为36％～38％的盐酸，得到前驱体溶液；

(2)基于前驱体溶液制备氧化锡薄膜，在氧化锡薄膜上沉积一层硒化锑薄膜，在硒化锑薄膜和导电基底的表面蒸镀电极。

由于氯化亚锡在水中易水解产生絮状沉淀，故需加入酸性试剂抑制沉淀产生。为避免引入其它杂质，我们选择了盐酸。

进一步的，步骤(2)包括：

(2-1)基于前驱体溶液，使用溶胶凝胶法、溅射法或者喷涂热解法制备氧化锡薄膜；

(2-2)使用热蒸发法、气相转移沉积法或者快速热蒸发法在氧化锡薄膜上沉积一层硒化锑薄膜，使用热蒸发法在硒化锑薄膜和导电基底的表面蒸镀金电极。

步骤(2-1)优选为：

使用喷涂热解法制备氧化锡薄膜，热台加热温度为380℃～530℃，加热时间为5～15min，将前驱体溶液装入喷枪进行喷涂后，进行退火处理，退火温度为380℃～530℃，退火时间为20～40min。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：