[发明专利]一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法，该太阳电池包括依次层叠的衬底、透明导电层、高阻层、n型含氧电子传输层、p型硒化锑吸收层以及背电极，n型含氧电子传输层是氧化物半导体或掺杂氧化合物半导体，n型含氧电子传输层中的氧元素在在后续高温升华法沉积吸收层的过程中向异质结界面以及p型硒化锑吸收层方向扩散，从而在异质结界面处形成了由于n型含氧电子传输层中氧元素扩散导致的局域氧分布，钝化界面缺陷，促进了界面匹配，提高了异质结的质量，进而提高了硒化锑薄膜太阳电池器件的性能。本发明提供了新的异质结界面缺陷钝化方法，其制备方法简化了氧的引入过程，制备工艺简单，对设备的要求较低。

技术领域

本发明涉及光伏新能源材料领域，具体涉及一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

目前，光伏市场上商业化使用的大部分是具有较高光电转换效率的硅基太阳电池，但硅基太阳电池由于制备成本的问题还无法适应将来不断増长的能源需求。因此，制备工艺简单、绿色无毒、成本低廉和高效的新型薄膜太阳电池逐渐成为了研究的热点。

硒化锑(Sb₂Se₃)作为一种简单的二元半导体，由于具有合适的禁带宽度(～1.2eV)、可见光波段较大的吸光系数(>10⁵cm^-1)、理论单结Sb₂Se₃太阳电池效率可达30％以上、无毒、低成本以及储量丰富等优异的特性而被认为是一种极具发展前景的光伏材料。尽管Sb₂Se₃薄膜太阳电池的发展在近几年内较为快速，但是相对于碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CIGS)等高效率的薄膜电池仍有很大的差距。限制Sb₂Se₃薄膜太阳电池效率提升的因素主要在于器件中存在各种深缺陷，比如：Sb₂Se₃中的Se空位深缺陷以及Sb₂Se₃与n型电子传输层之间的界面缺陷；同时过低的载流子浓度也影响了器件的效率。p-n异质结是Sb₂Se₃太阳电池的核心结构，高质量的pn结是获得高转换效率电池的关键。研究表明，通过在结区尤其是异质结界面引入氧可以有效钝化界面缺陷，显著提高器件性能。目前文献报道的是在制备顶衬结构的CdS/Sb₂Se₃太阳电池的热蒸发沉积Sb₂Se₃薄膜的过程中通入氧气，并控制引入氧的过程，保证氧局域在结区界面附近，避免在背接触界面引入氧。然而上述引入氧的方法操作上会较为繁琐，对设备要求高，而且通氧转换为不通氧的过程中也无法确保腔体里的氧气存留时间的一致性。若能够有一种更为简便的方法来实现氧对Sb₂Se₃薄膜太阳电池的界面钝化作用，这将有力地推动Sb₂Se₃薄膜太阳电池的发展。

发明内容

针对现有硒化锑电池制备技术和改进需求，本发明的首要目的是：提供一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法。基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

一种硒化锑薄膜太阳电池，该硒化锑薄膜太阳电池包括依次层叠的衬底、透明导电层、高阻层、n型含氧电子传输层、p型硒化锑吸收层以及背电极，所述n型含氧电子传输层以及所述p型硒化锑吸收层的异质结界面处存在由于所述n型含氧电子传输层中氧元素扩散导致的局域氧分布，所述n型含氧电子传输层是氧化物半导体或掺杂氧的化合物半导体。

进一步的，所述氧化物半导体是氧化镉或氧化锑；所述掺杂氧化合物半导体是掺氧硫化锌或掺氧硫化镉。

进一步的，所述p型硒化锑吸收层通过高温升华法沉积，所述n型含氧电子传输层中的氧元素在所述高温升华法沉积的过程中向所述异质结界面以及所述p型硒化锑吸收层方向扩散。

进一步的，所述高温升华法沉积所述p型硒化锑吸收层的过程中，所述衬底的加热温度为300-400℃。