[发明专利]一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法与应用。本发明所述硒化锑薄膜太阳电池，其结构自下而上依次为：透明导电玻璃衬底、高阻层、n型电子传输层、p型吸收层和背电极；其中，所述p型吸收层为硒化锑薄膜，所述硒化锑薄膜由Sb₂Se₃源在200～300℃的Se蒸气氛围下沉积得到。本发明通过引入高温高活性的Se蒸气，实现了生长过程中的化学环境的调控，降低了薄膜中的硒空位及缺陷密度，改善了薄膜电学性质，进而提高了硒化锑薄膜太阳电池器件性能。

技术领域

本发明属于光伏新能源材料与器件领域，涉及一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法与应用，特别涉及一种高活性硒气氛下制备硒化锑薄膜，调控硒化锑薄膜的化学组分与缺陷，进而提高硒化锑薄膜太阳电池器件性能的方法。

背景技术

能源是现代社会发展的基础和动力，而化石能源依旧是当今世界主要的能源来源，随着化石能源的过度使用，人类所面临的环境问题也在日益凸显。因此，探索和发展新型高效的清洁能源是解决能源和环境问题的关键。在众多清洁能源中，太阳能吸引了众多科研人员的目光，因为它具有巨大的存储总量以及简单的收集方式，其中太阳电池是一种能将光转换成电能的器件。在众多的太阳电池中，薄膜太阳电池由于具有转换效率高、柔性、质轻、材料用量小、环境适应能力强等优点，逐渐变成太阳电池家族举足轻重的成员，例如铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池被广泛研究。但是Cd的毒性和In与Ga高的标价无法满足今后日益严格的环保要求和高速增长的能源需求。

为此，由无毒、地球上充足的元素组成的简单二元化合物--硒化锑(Sb₂Se₃)被广泛用于薄膜太阳电池的研究。Sb₂Se₃具有带隙合适、吸光系数大、物相简单、原材料无毒、长晶温度低、理论转换效率达到30％等特性。然而，在传统的硒化锑薄膜高温沉积过程中，较高的衬底温度容易使沉积的Sb₂Se₃薄膜二次分解成Sb、Se、SbSe，由于Se具有较高的蒸汽压，导致Sb₂Se₃薄膜缺少Se而偏离化学计量比，进而造成Se空位相关的缺陷；同时富Se环境和贫Se环境直接影响Sb₂Se₃薄膜电学性质，Sb₂Se₃太阳电池所需要的p型Sb₂Se₃薄膜需要在富Se环境中才能实现。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种硒化锑薄膜太阳电池。

本发明的另一目的在于提供上述一种硒化锑薄膜太阳电池的制备方法。

本发明提出一种引入高活性Se气氛来实现Sb₂Se₃薄膜沉积过程中有效的补硒工艺，调控了Sb₂Se₃薄膜的化学组分，降低了薄膜中硒空位及缺陷密度，改善了薄膜电学性质，进而提高了硒化锑薄膜太阳电池器件性能。

本发明的再一目的在于提供上述一种硒化锑薄膜太阳电池的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种硒化锑薄膜太阳电池，其结构自下而上依次为：透明导电玻璃衬底、高阻层、n型电子传输层、p型吸收层和背电极；

其中，所述p型吸收层为硒化锑薄膜，所述硒化锑薄膜由Sb₂Se₃源在200～300℃的Se蒸气氛围下沉积得到。

优选的，所述沉积过程中，Se蒸气气体流量为1～20sccm。

优选的，所述硒化锑薄膜的厚度为300～1000nm；所述沉积过程中衬底的温度为200～370℃。